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Thermischer Auslöser für Relais und andere elektrische Schaltgeräte
Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen Auslöser für Relais und andere
elektrische Schaltgeräte, dessen mittelbar beheizter Bimetallstreifen über mechanische
Zwischenglieder das Relais zum Ansprechen bringt bzw. die Abschaltung des zu schützenden
Schaltgerätes herbeiführt. Der Bimetallstreifen ist U-förmig gebogen und das Heizelement
leicht auswechselbar als Heizpatrone im Innenraum des Bimetallstreifens ohne mechanische
Bindung mit diesem angeordnet.
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Für die Beheizung bogenförmiger BimetAllstreifen mit in ihrer Biegung
liegendem Heizelement ist es bekannt, Heizwiderstände zu verwenden, die stabförmig
ausgebildet sind, beispielsweise als selbsttragende Heizspulen. Auch hat man die
Widerstände schon auf feuerfeste Zylinder aufgewickelt oder in einem keramischen
Rohr untergebracht. Diese Heizelemente sind im allgemeinen entweder mit dem Sockel
des Auslösers oder mit dem Bimetallstreifen fest verbunden. Die Möglichkeit eines
leichten Auswechselns der Heizelemente ist nicht vorgesehen, so daß ein. Auslöser
jeweils auch nur für eine bestimmte Nennstromstärke verwendet werden kann.
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Für eine Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Einrichtungen ist
auch schon vorgeschlagen worden, innerhalb eines ring- oder schraubenförmigen Bimetallstreifens
ein stabförrniges Heizelement auswechselbar ähnlich einer Sicherungspatrone auszuführen.
Zum Einlegen und Halten der Heizpatrone sowie zur Stromzu- und -ableitung dient
eine einem Sicherungselement mit Schraubstöpsel ähnliche Einrichtung. Der Bimetallstreifen
liegt nicht unmittelbar an der Heizpatrone an, sondern wird um einen die Heizpatrone
umschließenden und den Stöpselsch-raubkopf tragenden Fassungsringherumgelegt. DieWärmeübertragung
vom Heizwiderstand zum Bimetall ist daher sehr schlecht und kann die
quelle
weiterer Fehler sein. Sehr nachteilig ist weiterhin der große Platz- und Werkstoffbedarf,
da die Teile zum Einsetzen und Halten der Heizpatrone einen wesentlichen Bestandteil
der gesamten SchutzvorrichtunT ausmachen.
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Die vorgenannten Anordnungen sind fast durchweg so ausgebildet, daß
das Bimetall unmittelbar Träger eines Kontaktes einer zii öffnenden oder zu schließenden
Kontaktstelle ist. Die Möglichkeit einer genauen Einstellung der Auslösestroinstärke
besteht nicht, da diese nur durch Verstellen von Kontaktschrauben in gewissem Maße
eingeregelt werden kann. Soll die Auslösung beispielsweise eines Schaltgerätes durch
das Bimetall mechanisch über verschiedene Zwischenglieder erfolgen, soll weiterhin
eine Regelvorrichtung zum Feineinstellen der Auslösestromstärke vorgesehen werden,
so ist dies bei den bekannten Anordnungen mit umständlichen Maßnahmen verbunden
oder überhaupt nur mit großen Schwierigkeiten möglich.
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Die Mittel zu einer genauen Einstellung der Auslösestromstärke für
thermische Auslöser mit U-förmig gebogenem Bimetallstreifen und einem in dessen
Biegung lose angeordneten, insbesondere als leicht auswechselbare Patrone ausgebildeten
Heizelement werden durch die Erfindung gegeben. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung
der :4uslösestromstärke derart mittels Exzenterscheibe, daß durch diese der Bimetallstreifer
mit seiner Biegungsachse als Drehachse um das Heizelement gedreht und somit seine
Lage zu den mechanischen Auslösegliedern eingeregelt werden kann. Der eine unter
Federdruck gegen die Exzenterscheibe anliegende Schenkel des Bimetallstreifens wird
durch die Exzenterscheibe an einer Ausbiegung verhindert, während der andere Schenkel
des Bimetallstreifens auf die mechanischen Auslöseglieder wirksam ist.
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Während bei bekannten Anordnungen mit U-förmigem Bimetallstreifen
dieser an sich über einen seiner Schenkel unveränderlich fest mit dem Sockel oder
Gehäuse des Auslösers verbunden ist und lediglich der andere freie Schenkel infolge
Erwärmung eine Schwenkbewegung um die Biegungsächse ausführen kann, ist nach der
Erfindung der Bimetallstreifen ohne Niet oder sonstige starre Befestigungsmittel
als Ganzes beweglich. Hierdurch ist nicht nur die Möglichkeit einer sehr genauen
Einstellung der Auslösestromstärke gegeben, sondern es wird auch der Vorteil erzielt,
daß die Einstellung in sehr einfacher Weise geschieht.
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Um den neuen thermischen Auslöser weiterhin zu verbessern, wird ein
besonderes auswechselbares Heizelement in zylindrischer Patronenform vorgeschlagen,
bei dem erfindungsgemäß die äußere Umhüllung des in Sand eingebetteten Heizleiters
aus einem Stahlrohr besteht, das durch Glimmer oder Glaswolle gegen den Heizleiter
isoliert und stirnseitig durch keramische, mit metallischen Kontaktkappen versehene
Teile abgeschlossen ist. Der Vorteil einer derartigen Heizpatrone besteht vor allem
darin, daß durch ihren Stahlmantel, an dem der Bimetallstreifen unmittelbar anliegt,
eine gute Wärmeüberleitung zwischen Heizmittel und Bimetall gewährleistet ist.
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Durch die Verwendung auswechselbarer Heizpatronen ist es möglich und
für die bereits vorerwähnte Schutzvorrichtung für elektrische Einrichtungen ähnlich
einem Sicherungselement mit Schraubstöpsel bekannt, die Heizpatrone nach verschiedenen
Stromstärken abzustufen; Eine derartige 'Maßnahme wird auch für den vorliegenden
thermischen Auslöser bzw. für die in ihn einzusetzende Heizpatrone vorgeschlagen,
indem unter Beibehaltung der Abmessungen des Auslösers und des gleichen Bimetallstreifens
Heizpatronen benutzt werden können, die sich verschiedenen Stromstärken entsprechend
lediglich im Heizwiderstand unterscheiden. Die jeweils einer bestimmten Nennstromstärke
entsprechenden Heizpatronen haben also insbesondere sämtlich den gleichen, der Biegung
des Bimetallstreifens genau angepaßten Durchmesser und dienen dem lose aufliegenden
Bimetallstreifen als Lager und zur Halterung. Ein Abgleiten des Bimetallstreifens
über den offenen U-Bogen wird einmal durch das federnde Andrücken des einen Schenkels
an die Exzenterscheibe vermieden und weiterhin erfindungsgemäß durch eine besondere
Halte-`orrichtung, die beispielsweise als klammerartiger Bügel den Bimetallstreifen
außenseitig an seiner Biegung umgreift. Auch wird durch diesen klammerartigen Bügel
eine Verlagerung des Bimetallstreifens bei Entnahme der Heizpatrone unmöglich gemacht.
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Um die im Betriebszustand dein Bimetallstreifen als Halterung dienende
Heizpatrone selbst in ihrer Lage zu sichern und finit dein Auslösegehäuse zu verbinden,
ist sie erfindungsgemäß an ihren Stirnseiten an den Seitenwänden des Auslösergehäuses
gelagert. Diese Lagerung erfolgt zweckmäßig mittels metallischer Lager, die die
Heizpatrone an ihren Enden hut- oder becherförmig umfassen und an der Gehäusewandung
innenseitig durch vorspringende Randteile anliegen und durch außenseitige Umbördelung
im Gehäuse befestigt sind. Auf der einen Seite des Gehäuses ist das Lager lösbar,
beispielsweise verschraubt, so daß durch die Einschrauböffnung in -der Gehäusewandung
die Heiz-
Patrone in die Biegung des Bimetallstreifens eingesetzt
und leicht ausgewechselt werden kann.
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Die Lager für die Heizpatrone in den seitlichen Gehäusewandungen vermitteln
erfindungsgemäß zugleichdieStromzuführung zum Heizwiderstand, indem .mit ihnen bzw.
durch sie auch die Anschlußkontakte mit Klemmen am Auslösergehäuse befestigt sind.
Zweckmäßig werden die Anschlußkontakte aus Flachwerkstoff hergestellt und liegen
an den Seitenwänden des Auslösergehäuses an. Sie werden nach rückwärts oder nach
der Deckelseite herausgeführt, verlaufen außerhalb gerade in die Anschlußklemmen
oder werden mit diesen in die Ebene des Gehäusebodens bzw. des Deckels abgewinkelt.
Durch entsprechende Lagerung der Heizpatrone bezüglich Gehäusebodens oder Deckels
kann unter Verwendung gleich ausgebildeter Anschlußkontakte sowohl der Anschluß
von der kückseite als auch von der Vorderseite oder auch wechselseitig vorgenommen
werden.
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Als mechanische, durch den Bimetallstreifen betätigte Auslöseglieder
werden vorteilhaft eine Auslösewelle mit Verklinkungshalbwelle parallel zur Heizpatrone
und ein mit dieser zusammenwirkender Auslösehebel angeordnet, der seinerseits wieder
auf die Schaltorgane des Relais oder des Schaltgerätes einwirkt. Die Auslösewelle
wird durch die Gehäusewandung hindurchgeführt und bildet außerhalb die Verklinkungshalbwelle.
Der an der Außenseite des Gehäuses sich bewegende Auslösehebel ist um eine zur Auslösewelle
parallele Achse drehbar, wird rechtwinklig über eine Stirnseite des Gehäuses abgebogen
und erstreckt sich über deren ganze Breite zu einer Auslöseleiste. Dadurch wird
erreicht, daß beim Anbau des Auslösers an ein Schaltgerät ein gewisser Spielraum
zulässig bzw. eine weitreichende Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen thermischen
Auslösers für an sich unterschiedliche Schaltgeräte möglich ist.
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Schon bei Betrachtung einzelner Merkmale des neuen thermischen Auslösers
f&-- Relais o. dgl. ist zu erkennen, daß jedes Merkmal an sich gegenüber bekannten
Anordnungen Vorteile bietet. So ermöglicht die erfindungsgemäße Einstellung durch
Exzenterscheibe eine einfache und genaue Einregelung der Auslösestromstärke; dieAusbildung
derHeizpatrone vermittelt eineguteWärmeüberleitung; die Lagerung der Heizpatrone
und die Strornzuführung sowie die Anschlußmöglichkeiten sind von zweckmäßiger Einfachheit,
und die Anordnung der mechanischen Auslöseglieder paßt sich in vorteilhafter Weise
an. Werden nun die verschiedenen Erfindungsmerkmale in einem thermischen Auslöser
vereinigt, so ist ein Auslöser geschaffen, dessen Vorteile besonders groß sind.
Vor allem sind es die möglichen kleinen Abmessungen und die erreichte Werkstoffersparnis.
Weiterhin ist ein derartiger neuer thermischer Auslöser in weitem Maße für verschiedene
elektrische Schaltgeräte verwendbar.
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Eine nähere Erläuterung der Erfindung und ihrer einzelnen Merkmale
wird durch die Abbildungen gegeben, die einmal die erfindungsgemäße Einstellung
durch Exzenter sowie den erfindungsgemäßen Aufbau der auswechselbaren Heizpatrone
zeigen und schließlich an einem Ausführungsbeispiel einen thermischen Auslöser im
Aufbau und in der Wirkungsweise gemäß der Erfindung veranschaulichen.
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Abb. i zeigt zunächst schematisch die Einstellung der Auslösestromstärke
mittels Exzenterscheibe für einen thermischen Auslöser, in dessen U-förmig gebogenem
Bimetallstreifen i in seiner Biegung das zylindrische und ihm zur Halterung dienende
Heizelement a lose angeordnet ist. Der eine Schenkel des Bimetallstreifens wird
durch die Feder 3 gegen die um die Achse d. drehbare Exzenterscheibe 5 angedrückt
und durch diese bei Erwärmung an einer Ausbiegung verhindert. Die Auslösung beispielsweise
eines Schaltgerätes, dem der thermische Auslöser zugeordnet ist, erfolgt durch den
anderen Schenkel des Bimetallstreifens i, in dem dieser über mechanische Glieder
auf das Schaltgerät einwirkt. Der übersichtlichkeit -halber ist das Schaltgerät
in der Abbildung weggelassen und die mechanischen Auslöseglieder nur durch einen
einfachen Auslösehebel6 angedeutet, der aus seiner gezeichneten Stellung gebracht
wird, -wenn sich der Bimetallschenkel bei Erwärmung in Pfeilrichtung ausbiegt. Die
Einstellung auf eine bestimmte Auslösestromstärke mittels der Exzenterscheibe 5
geschieht in der Weise, daß durch eine Drehung ihrerseits der Bimetallstreifen i
als Ganzes um das Heizelement 2 mit diesem als Drehachse und Lager gedreht wund
beispielsweise in eine Stellung gebracht wird, wie sie in der Abb. i eingestrichelt
ist. Durch diese Verlagerung des ganzen Bimetallstreifens -wird auch die Lage seines
freien Schenkels zu dem durch die Betätigung der Exzenterscheibe 5 nicht bewegten
Auslöseliebel6 verändert, so daß die Auslösung des Schaltgerätes früher oder später
bzw. der gewünschten Stromstärke entsprechend erfolgt.
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Für thermische Auslöser nach der Erfindung ist ein auswechselbares
Heizelement 2 sehr vorteilhaft und besitzt erfindungsgemäß die durch die Abb. 2
dargestellte Ausbildung und Patronenform. Der Heizleiter 7 ist in Sand S eingebettet
und -wird unter Zwischenfügung einer Isolationsschicht 9 aus Glimmer
oder
Glaswolle in einem Stahlrohr io untergebracht. Stirnseitig wird das Heizelement
durch keramische Teile verschlossen, die mit dem Stahlmantel io beispielsweise durch
Festrollen verbunden werden. Auf die keramischen Teile T .i werden die Kontaktkappen
12 aufgedrückt und an diesen die Heizleiterenden festgelötet.
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In den Abb. 3 bis 6 ist als Ausführungsbeispiel ein thermischer Auslöser
für Relais o. dgl. mit der erfindungsgemäßen Exzentereinstellung und den weiteren
erfindungsgemäßen Merkmalen in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten dargestellt.
Es zeigen Abb. 3 eine Draufsicht und teilweisen Schnitt bei abgenommenem Deckel,
Abb. 4. und 5 eine Seitenansicht bzw. einen Längsschnitt und Abb. 6 eine Ansicht
von der einen Stirnseite des Auslösers. Alle Teile des erfindungsgemäßen Auslösers
sind in und an einem durch einen Deckel 13 verschlossenen Gehäuse 14 aus Isolierwerkstoff
untergebracht. Es bedeuten wieder i den U-förmig gebogenen Bimetallstreifen, 2 das
Heizelement, das als leicht auswechselbare Heizpatrone gemäß Abb. 2 ausgeführt ist,
die hier stirnseitig quer zum Bimetallstreifen stehende Exzenterscheibe, gegen die
die Feder 3 den einen Schenkel des Bimetallstreifens i andrückt. Die Exzenterscheibe
d. ist durch das Gehäuse 14 hindurchgedrückt und auf ihr außerhalb eine Rändelschraube
15 als Einstellknopf angebracht, wobei in bekannter Weise noch eine Einstellskala
vorgesehen sein kann. Zwischen den beiden Schenkeln des Bimetallstreifens i ist
eine Auslösewelle 16 angeordnet, die derartig unter der Wirkung der Feder 17 steht,
daß der auf der Welle 16 befestigte kleine Hebel 18 stets an dem freien Schenkel
des Bimetallstreifens i anliegt. Auf der einen Seite ist die Auslösewelle 16 durch
das Gehäuse 14 verlängert und bildet an diesem Ende eine Verlängerungswelle i9.
Um eine zur Auslösewelle 16 parallele Welle 2o ist der außerhalb amGehäuse liegendeAuslösehebe16
drehbar, der als Winkelhebel ausgebildet und an einem Schenkel entgegen einer Federkraft
21 von der Verklinkungshalbwelle i9 gehalten wird. Der andere Hebelarm isst über
die eine Stirnwand des Auslösergehäuses 1,4 rechtwinklig abgebogen und erstreckt
sich in Form einer Auslöseleiste 22 über die gesamte Stirnwand, so daß Lageunterschiede
des Schaltgliedes 23 bzw. 23', beispielsweise eines nicht gezeichneten Schaltgerätes,
eine Versetzung des Auslösers nicht erforderlich machen. Die Wirkungsweise der Exzentereinstellung
und die Auslösung ist analog zur Abb. i und aus deren Erläuterung verständlich.
Durch Betätigung der Exzenterscheibe 5 über den Einstellknopf 1s wird die Lage des
Bimetallstreifens i verändert und hiermit über den Hebel 18 und die Auslösewelle
16 der Eingriff des Auslösehebels 6 mit der Verklinkungswelle i9. Biegt sich infolge
Erwärmung der freie Schenkel des Bimetallstreifens i durch. so wird die Auslösewelle
16 gedreht, der Auslösehebel 6 gleitet von der Verklinkungshallm-elle lg ah und
löst durch seine Leiste 22 über das Schaltglied 23 das Schaltgerät aus, wie andeutungsweise
der Alb. 5 entnommen werden kann.
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Die der Beheizung des Bimetallstreifens i dienende und in seine Biegung
eingelegte Heizpatrone 2 ist an ihren Stirnseiten durch die metallischen, auch die
Stromzuführung zum Heizwiderstand vermittelnden Lager 24 und 25 in den Seitenwänden
des Auslösergehäuses 14 gehalten. Mit diesen Lagern 24 und 25 sind zugleich die
aus Flachwerkstoff bestehenden, innenseitig an der Gehäusewandung anliegenden Anschlußkontakte
26 und 27 befestigt. Die Lager 2d. und 25 sind zu diesem Zweck mit vorspringenden
Randteilen 28 und 29 versehen, werden von innen durch Öffnungen des Gehäuses 14
und derAnschlußkontakte hindurchgesteckt und außenseitig umgebördelt. Das eine Lager
24 ist als Schraube ausgebildet, so daß durch deren Einschrauböffnung die Heizpatrone
2 eingesetzt bzw. ausgewechselt werden kann. Die durch ihre Lager 2.4 und 25 fest
mit dem Gehäuse verbundene 1-Ieizpatrone 2 hält ihrerseits den Bimetallstreifen
i in seiner Lage, wobei der Klammerbügel 3o diese Halterung noch unterstützt bzw.
bei entnommener Heizpatrone 2 in Verbindung mit der Einspannung des einen Schenkels
durch die Exzenter= Scheibe s und Feder 3 die Halterung des Bitnetallstreifens allein
übernimmt.
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Der thermische Auslöser ist zum Anschluß an Relais und andere elektrische
Schaltgeräte bestimmt und durch die Anordnung und Ausbildung der Anschlußkontakte
26 und 27 bzw. der Klemthen 31 und 32 für weitergehendeVerwendbarkeit geeignet.Einige
Ausführungsbeispiele für die Anschlußkontakte 26 und 27 mit ihren Klemmen werden
durch die Abb. 7 bis 2o veranschaulicht. Nach den Abb. 7 bis 1o verlaufen die Anschlußkontakte
26, 27 gerade in die Klemmen 31 und 32 und sind durch den Gehäuseboden oder
den Deckel 13 oder wechselseitig nach außen geführt. Entsprechend sind die Anschlüsse
der Abb. i i bis 1d., bei denen allerdings die Klemmen 31 und 32 rechtwinklig in
die Boden- bzw. Deckelebene umgebogen sind. Die Anschlußteile sind jeweils gleich
und gegeneinander auswechselbar. L m den Auslöser auf ein eben bzw. schräg liegendes
stromführendes Anschlußblech aufzuschrauben, werden zweckmäßig Ausführungen nach
den
Abb. 15 bis 17 bzw. 18 bis 2o gewählt, die die Anschlußmöglichkeit jeweils in drei
Ansichten darstellen.