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Thermisch wirkender Selbstschalter Ziir thermischen Auslösung von
Selb: tschaltern sind Hitzdrähte, Hitzstäbe und besonders Bimetallstreifen bekannt,
die sich bei Stromdurchgang oder auch bei mittlerer Beheizung zufolge Überlastung
oder Kurzschluß ausdehnen oder verbiegen. Die Bewegung des Bimetallstreifens o.
dgl. nutzt man zur Lösung des Schaltgesperres aus. Die Anordnung eines Schaltgesperres
verwickelt den Aufbau und erfordert zur Unterbringung der Teile großen Raum. Bei
Leitungsanlagen, die mit Kleinstspannung, also mit einer solchen bis etwa 40 V,
betrieben werden, können zwar auch sehr hohe Ströme auftreten, doch besteht hier
nicht die Gefahr einer starken Lichtbogenbildung bei der Kontaktunterbrechung. Man
könnte also in derartigen Leitungsanlagen die Selbstschalter in einfacherer Weise
gestalten, doch hat man bisher ausnahmslos Kleinstspannungsanlagen durch Schmelzpatronen
gesichert, die aber bekanntlich nach einmaligem Ansprechen unbrauchbar werden. Dies
kann aber z. B. in Kraftfahrzeugen, Luftschiffen, Flugzeugen wie auch bei sonstigen
elektrischen Apparaten, die wenigstens teilweise mit Kleinstspannung betrieben werden,
wie z. B. bei Radioapparaten, sehr unerwünscht und z. B. bei Flugzeugen sogar gefährlich
werden, weil es unter Umständen viel zu lange dauert, ehe die durchgebrannte Sicherung
festgestellt und gegen eine neue ausgetauscht ist.
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Es ist ein thermischer Selbstschalter bekannt, bei welchem der Bimetallstreifen
und die Stromfeder, parallel nebeneinanderliegend, einseitig fest eingespannt sind.
Zur Verklinkung der beiden Teile ist ein besonderer drehbarer Riegel vorgesehen,
der die Stromfeder in gespanntem Zustande so lange festhält, bis der sich ausbiegende
Bimetallstreifen den Sperrriegel außer Eingriff mit der Stromfeder gebracht hat.
Während der Auslösung bewegt sich das freie Ende des Bimetallstreifens nach der
Stromfeder zu; der Schaltweg der letzteren ist allein von ihrer Eigenspannung abhängig
und daher verhältnismäßig klein. Derartige Schalter können daher nur für besonders
kleine zu unterbrechende Ströme in Frage kommen. Da sich bei dieser bekannten Ausführung
Bimetallstreifen und Stromfeder während der Ausschaltbewegung einander nähern, kann
man diese beiden Teile auch nicht zum unmittelbaren Tragen der Unterbrechungskontakte
ausnutzen, man muß vielmehr den einen Unterbrechungskontakt fest auf dem Schaltersockel
und den beweglichen Unterbrechungskontakt an einem Verlängerungsstück der Stromfeder
anordnen. Bei der bekannten Einrichtung ist ferner von Nachteil, daß die Ausschaltgeschwindigkeit
und der Schaltweg ausschließlich von der Spannkraft der Stromfeder abhängig sind,
also beim Erlahmen der Federkraft nach längerem -Gebrauch unzureichend und klein
werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermisch wirkenden Selbstschalter,
insbesondere für mit Kleinstspannung betriebene Netze. Es ist aber bei entsprechender
Ausbildung des Selbstschalters auch möglich, Stromkreise mit
höherer
Spannung gegen Überlastung und Kurzschluß zu sichern. Zur Verkleinerung des erforderlichen
Raumes und des Schaltergewichtes bei völliger Sicherheit der Wirkungsweise, zur
Beschleunigung der Schaltbewegung und dadurch zur Leistungssteigerung wird, vorgeschlagen,
die den einen Unterbrechungs= kontakt tragende Stromfeder sowie den den zweiten
Unterbrechungskontakt tragenden Bimetallstreifen, die in bekannter Weise in verschiedener
Höhenlage, parallel nebeneinanderliegend, fest eingespannt sind, so an ihren Enden
miteinander zu verklinken, daß bei der im gleichen Drehsinne erfolgenden Mitnahme
der Stromfeder durch den sich ausbiegenden Bimetallstreifen die Entklinkung erfolgt.
Diese Anordnung von Stromfeder und Bimetallstreifen hat zur Folge, daß bei der Auslösebewegung
der die Verklinkung herbeiführende Teil der Stromfeder sich entgegengesetzt zu dem
die Verklinkung herbeiführenden Teile des Bimetallstreifens bewegt. Es beschreiben
nämlich bei einer sblchen Anordnung die die Verklinkung herbeiführenden Teile einerseits
der Stromfeder und andererseits des Bimetallstreifens Kreisbögen mit verschieden
großem Durchmesser, so daß eine Relativbewegung zwischen den Verklinkungsteilen
eintritt. Ein besonderer Teil, wie er bei der erwähnten bekannten Anordnung als
Riegel zwischen Stromfeder und Bimetallstreifen vorgesehen ist, entfällt beim Gegenstande
der Erfindung vollkommen. Man hat es durch Bemessung der Kreisbogendurchmesser in
der Hand, die Geschwindigkeit der Auslösung nach Beginn der ersten Erwärmung des
Bimetallstreifens zu ändern. Man kann das gewünschte Ziel auch dadurch erreichen,
daß am freien Ende des Bimetallstreifens eine winkelig gebogene Feder oder in der
Verlängerung der Stromfeder in dieser zweckmäßig isoliert ein Metallplättchen als
Verklinkungsteil angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des thermischen Selbstschalters bietet
insbesondere den Vorteil einer großen Schaltgeschwindigkeit und besonders auch eines
großen Schaltweges, da nach der Verklinkung die Stromfeder und der Bimetallstreifen
sich nach entgegengesetzten Seiten ausbiegen. Daraus folgt ferner, daß auch die
Lebensdauer des Schalters nach der Erfindung eine höhere ist, da die Schaltbewegung
nicht mehr nur von der Spannkraft einer einzigen Feder abhängt. Der Schalter zeigt
ferner einen außerordentlich einfachen und gedrängten Aufbau. Ein Gesperre, z. B.
ein Kniehebelschaltwerk, fehlt vollkommen; der Selbstschalter besteht im wesentlichen
nur aus zwei fest eingespannten Federn, die exzentrisch gelagert sind. Man kann
dennoch diese Schalter sehr einfach mit einer Freiauslösung versehen, z. B. in bekannter
Weise derart, daß im Stromweg zwischen einer der Anschlußklemmen und dem Anschlußende
einer der Kontaktfedern eine Hilfsunterbrechungsstelle angeordnet wird, die durch
eine vom Schaltknopf beeinflußte Kontaktbrücke beim Niederdrucken des Schaltknopfes
geöffnet wird. Man 'könnte auch eine weitere Freiauslösung bekannter Art anwenden,
bei welcher die beiden an Federn beweglichen Unterbrechungskontakte durch Dazwischenschieben
eines Isolierstückes getrennt werden, welches beim Wiedereinschalten zunächst durch
ein weiteres, am niedergedrückten Schaltknopf angebrachtes Isoliertrennstück ersetzt
wird. Nach der Erfindung kann die Freiauslösung bei dem vorliegenden Schalter dadurch
ermöglicht werden, daß man die Stromfeder und den Bimetallstreifen an der abnehmbaren
Abdeckung befestigt und mit Stromverbindungsmitteln versieht, welche bei aufgesetzter
Abdeckung mit auf dem Schaltersockel angebrachten und mit den Anschlußklemmen verbundenen
Rastfedern in kontaktschlüssige Berührung gelangen. Hat der Selbstschalter angesprochen,
so wird die Abdeckung abgenommen und die kontaktschlüssige Berührung zwischen den
in der Abdeckung befestigten Kontaktfedern wiederhergestellt; beim Wiederaufsetzen
der Abdeckung wird erst der Stromkreis wieder geschlossen. Der Vorteil dieser Anordnung
besteht vor allem in der geschlossenen Ausbildung des Selbstschaltergehäuses, das
- keinerlei Durchtrittsöffnungen für Schaltknopf u. dgl. aufzuweisen braucht.
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Die Zeichnung läßt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
erkennen. Sämtliche Abbildungen mit Ausnahme einer einzigen veranschaulichen die
Selbstschalter im Längsschnitt. Die einfachste Ausführung ist in Abb. Z und 2 in
der Ein- bzw. Ausschaltstellung gezeigt; eine weitere Ausführung mit Freiauslösung
ist aus Abb. 3 (Einschaltstellung), Abb. q. (Ausschaltstellung) und Abb. 5 (eine
Zwischenstellung) zu erkennen. Eipe abgeänderte Ausführung ebenfalls mit Freiauslösung
zeigtAbb.6 in der Ausschaltstellung bei abgenommener Abdeckung, Abb.7 in der wiederhergestellten
Einschaltstellung und Abb. 3 eine Stirnansicht.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. r und 2 sind auf dem Sockel cc,
und zwar vermittels eines Isolierzwischengliedes b, die beiden Kontaktfedern fest
eingespannt. Diese bestehen aus dem Bimetallstreifen c und der Stromfederd. Die
letztere ist ein wenig abgekröpft; sie trägt den einen Unterbrechungskontakt f und
an einer aus Isolierstoff bestehenden Verlängerung g ein zur Verklinkung dienendes
Metallplättchenh. Der zweite Unterbrechungskontakt e ist an dem freien Ende des
Bimetallstreifens c angeordnet und hier eine winkelig gebogene Feder i befestigt,
die in der Nähe ihres oberen Endes
eine Durchbrechung für den Eintritt
der Nase des Plättchens h aufweist. Das eingespannte Ende des Bimetallstreifens
c steht in stromschlüssiger Verbindung mit seiner Leitungsschiene j, die mit der
einen Anschlußklemme k versehen ist. Das Einspannende der Stromfeder d ist ebenfalls
vermittels einer Leitungsschiene in mit der zweiten Anschlußklemme za verbunden.
Eine durch eine Schraube o befestigte Abdeckung p schließt die Teile nach außen
ab.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Tritt im Einschaltzustande
des Selbstschalters (Abb. i) eine Überlastung auf, so erwärmt sich der Bimetallstreifen
c und biegt sich mit seinem freien Ende nach dem Sockel a zu um. Dabei wird die
Stromfeder d zunächst im gleichen Drehsinne mitgenommen, wobei sich aber die Verklinkungsteile
la, i relativ zueinander verschieben, so daß die Entklinkung erfolgt. Das
Plättchen h beschreibt nämlich bei der Mitnahme der Stromfeder d einen nach der
Anschlußklemme it zu gerichteten Kreisbogen, während das freie Ende der Feder i
einen Kreisbogen nach der Klemme k zu ausführt. Sobald die Entklinkung erfolgt ist,
biegt sich die Stromfeder d durch eigene Federung, gegebenenfalls durch eine besondere
Feder unterstützt, nach oben aus, während das freie Ende des Bimetallstreifens c
nach unten sich bewegt und erst im Zuge der Abkühlung die in Abb. 2 veranschaulichte
gerade Lage wieder einnimmt. Bei dieser Ausführung ist es zwecks Wiedereinschaltens
notwendig, zunächst die Abdeckung p zu entfernen und dann unmittelbar von Hand die
Stromfeder d bis zum Einklinken der Teile 1a, i zu verbiegen.
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Die Ausführungsform nach Abb.3 bis unterscheidet sich von derjenigen
nach Abb. i und 2 nur dadurch, daß Mittel zur Freiauslösung vorgesehen sind. In
Abänderung von der Ausführung nach Abb. i und a führt bei dem Selbstschalter nach
Abb. 3 bis 5 von der Anschlußklemme k eine Stromverbindungsschiene v zu einem
Hilfsunterbrechungskontakt s, der mit einem Gegenkontakt t an einer federnden Leitungsschiene
zt in stromschlüssige Berührung gelangen kann. Der Druckknopf v kann auf die federnde
Stromschiene u und mit einem Ansatz z, auf das Isolierstück g der Stromfeder d einwirken.
Hat der Selbstschalter in der gleichen Weise wie derjenige nach Abb. i und 2 angesprochen
(Abb. q), so erfolgt beim Niederdrücken des Schaltknopfes v zunächst eine Öffnung
der Hilfsunterbrechungsstelle s, t und beim weiteren Niederdrücken (Abb. 5) die
Schließung der Kontakte e, f und die Verklinkung. In diesem Augenblick ist aber
der Stromkreis nicht wieder geschlossen; es geschieht dies erst dann, wenn der Druckknopf
v freigegeben wird und nunmehr die Hilfsunterbrechungsstelle s, t durch die federnde
Verbindungsschiene u wieder geschlossen wird.
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Bei der Ausführung nach Abb. 6 bis 8 sind die beiden Kontaktfedern
c, d nicht auf dem Schaltersockel a, sondern im Innern der Abdeckung P befestigt.
Die Anschlußklemmen k, it auf dem Schaltersockel stehen mit stromführenden Rastbügeln
x in Verbindung; entsprechend sind in der Abdeckung P Gegenrasten y vorgesehen,
die beim Ausführungsbeispiel einerseits über die Verbindungsschiene z, andererseits
unmittelbar mit den Kontaktfedern c, d leitend verbunden sind. Hat der Selbstschalter
in der gleichen `''eise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen angesprochen,
so wird die Abdeckung abgenommen (Abb. 6) und unmittelbar von Hand die Verklinkung
der beiden Kontaktfedern c, d wieder herbeigeführt. Der Stromkreis wird aber erst
dann wieder geschlossen, wenn die Abdeckung p wieder auf den Sockel a aufgesetzt
wird, denn erst dann wird die Stromverbindung von der Klemme k über den Bügel x,
die Rast y, die Schiene z, den Bimetallstreifen c, die Stromfeder d, die Rast y,
den Bügel x zur Klemme n hergestellt.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf die in den Ausführungsbeispielen
veranschaulichten Ausführungsformen nicht beschränkt. Der Einfachheit halber ist
lediglich ein einpoliger Selbstschalter veranschaulicht; es können selbstverständlich
mehrere solcher Selbstschalter, wie sie hinsichtlich ihrer schmalen Ausbildung insbesondere
aus Abb.8 ersichtlich sind, zu mehreren nebeneinander angeordnet, z. B. in der Art
der Reihenklemmenanordnung, auf einer Sammelschiene befestigt werden. Es können
aber auch die zu einer Phase gehörenden Anschluß- und Schaltteile zu mehreren auf
einem gemeinsamen Sockel mit gemeinsamer Abdeckung angeordnet werden. Es ist auf
diese Weise möglich, beispielsweise vier Selbstschalter für vier Leitungen auf einem
Raum unterzubringen, der bei den bisherigen Ausführungen von Sockelautomaten für
eine einzige Unterbrechungsstelle benötigt wird.
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Ist es erforderlich, Leitungen mit höherer Spannung zu sichern, so
läßt sich durch Anbringen kleiner Blasspulen in der Nähe der Unterbrechungskontakte
die Schaltleistung erhöhen.
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Die Erfindung ist vor allem nicht beschränkt auf die bei den Ausführungsbeispielen
gewählte besondere Art der Anordnung der Kontaktfedern c, d. Es kann z. B. die Verklinkungsstelle
nicht in der Verlängerung der Stromfeder, sondern in der Verlängerung der Bimetallfeder
liegen; es wird dann ein Verriegelungsplättchen am freien Ende des Bimetallstreifens
und eine winkelig gebogene Feder am freien Ende der Stromfeder d angeordnet.
Die
Verriegelungsstelle kann auch etwa in der Mitte zwischen den freien Enden der Kontaktfedern
liegen, in welchem Falle an den beiden freien Enden der Kontaktfedern winkelige
Bügel als Verklinkungsteile befestigt werden. Je nach Art der Lage der Verklinkungsteile
zu den Einspannpunkten der Kontaktfedern c, d erfolgt eine raschere bzw. eine langsamere
Schaltung. Wenn z. B. beim Ausführungsbeispiel nach Abb. Z das Kontaktplättchen
h nicht auf der Oberseite, sondern auf der Unterseite des Isolierstückes g befestigt
wird, spricht der Selbstschalter bei sonst gleicher Belastung rascher an als bei
der in Abb. z erwähnten Anordnung. Wenn umgekehrt das Kontaktplättchen k noch weiter
nach oben verlegt und z. B. als Winkel ausgebildet wird, , dessen freier Schenkel
ebenso wie der freie Schenkel des Bügels i nach oben gerichtet angeordnet wird,
wenn also die Verklinkungsstelle völlig außerhalb der beiden Kontaktfedern angeordnet
wird, erfolgt ein langsameres Ansprechen. Im übrigen kann auch noch auf andere Weise
die Art des Ansprechens verändert werden. Je weiter die beiden Kontaktfedern c,
d voneinander angebracht werden, um so rascher spricht der Selbstschalter an. Man
kann z. B. das Isolierstück b gegen ein höheres auswechseln oder sonst die Entfernung
der beiden Kontaktfedern c, d voneinander einstellbar machen, um auf diese Weise
den Ansprechzeitpunkt zu bestimmen. Übrigens brauchen die beiden Kontaktfedern c,
d nicht vollkommen parallel zueinander liegen, sondern zueinander angeordnet werden.
Man kann ferner den Durchmesser des von den Verklinkungsteilen beschriebenen Kreisbogens
dadurch ändern, daß man die Einspannstelle verschiebt. Wenn z. B. durch entsprechende
Ausbildung des Isolier-Stückes b der Hebelarm der Stromfeder d verkürzt
wird, vermindert sich die Zeitdauer vom Beginn der Überlastung bis zum Ansprechen.