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Einrichtung zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik" von thermischen
Auslösern für Selbstschalter Selbstschalter mit thermischerAuslösung erfüllen ihre
Aufgabe nur dann zufriedenstellend, wenn die Strom-Zeit-Charakteristik des Auslösers
dem Verwendungszweck des Selbstschalters angepaßt ist. Kommt es etwa darauf an,
kleine Überlastungen in kurzer Zeit abschalten zu können oder empfindliche Geräte
vor kleinen kurzen Überlastungen zu schützen, so muB der thermischeAuslöser bei
einem unzulässigen Stromanstieg in einer kurzen Zeit ansprechen.
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In Fig. i sind die Kennlinien a, b und c für die Strom-Zeit-Abhängigkeit
bei verschiedener Ausbildung des Auslösers dargestellt. Die Kennlinie a zeigt einen
Strom-Zeit-Verlauf desAuslösers fürdie eben geschilderten Fälle. Sind nur die Leitungen
einer Anlage vor unzulässiger Überlastung zu schützen, so erhält der thermische
Auslöser eine etwas trägere Charakteristik nach der Kennlinie b. Hierdurch wird
bei ausreichendem Schutz die Ausnutzung derLeitungsquerschnitte bis zur zulässigen
Grenze erreicht. Die noch trägere Kennlinie c kann für thermische Auslöser von Selbstschaltern
gewählt werden, die zur Absicherung schwer anlaufender Motoren dienen.
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In F.ig.2 sind die Erwärmungskurven von Bimetall dargestellt, die
spiegelbildlich den .Strom-Zeit-Kennlinien gemäß Fig. i eines aus Bimetall hergestellten
Auslösers entsprechen. Je rascher das Bimetall eines Auslösers die Enderwärmung
erreicht, desto steiler wird seineStrom-Zeit-Kennlinie.
Eine schnelle
'Enderwärmung hängt .ab von der auf;-gewendeten Leistung, mit der das Biinetäll
beheizt wird, und von den durch Ableitung und Strahlung entstehenden Wärmeverlusten.
Während sich die Heizleistung leicht bestimmen und abgrenzen läßt, sind die. Wärmeverluste
wesentlich von der Materialmenge des Auslösers selbst und von seipeu` Umgebung abhängig.
Hierbei spielt die Art derb Befestigung eine ausschlaggebende Rolle, da 'über die
zur Befestigung verwendeten Metallteile und über die Befestigungsunterlage eine
erhebliche Wärmemenge abfließen kann. Zum Ausgleich der '' dadurch entstehenden
Wärmeverluste hat man bisher größere Heizleistungen aufgewendet und die Änderung
der Charakteristik beispielsweise durch auswechselbare Heizpakete zu beeinflussen
versucht, oder man hat, wie es bereits bekannt ist, den Bimetallstreifen gespalten,
so daß-;.eine stufenweise Abschaltung des Widerstandsquerschnittes des Bimetallstreifens
und damit eine Erhöhung der Heizleistung zur beschleunigten Abschaltung ermöglicht
wurde.
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Andererseits ist es bekannt, den Bimetällstreifen an seiner Befestigungsstelle
im Heizband mit einer, wärmestauenden Masse zu umhüllen oder Einschnitte- anzubringen,
die den Wärmeabfluß hemmen. Auch hat man solche Querschnittsverringerungen an der
Einspannstelle eines insbesondere direkt von Starkstrom beheizten Bimetallstreifens
angebracht. Mit den erwähnten Mitteln lassen sich jedoch die eingangs erwähnten
Kennlinien in der gewünschten Form nicht immer präzise erreichen und ganz besonders
dann nicht, wenn der dafür zur Verfügung stehende Raum nur klein bemessen werden
kann, wie es vor allem bei den sogenannten Installationsselbstschaltern der Fallist.
Ein für die Schaltleistung bemessener Bimetallstreifen kann nicht an Teilen befestigt
werden, deren Querschnitt zusätzlich noch geschwächt ist, da die zur sicheren Auslösung
des Selbstschalters erforderliche Kraft Deformationen hervorrufen würde und der
kleine Querschnitt bei Kurzschluß überlastet und daher leicht zerstört würde.
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Es ist zweckmäßig, daß der die Auslösung des Selbstschalters bewirkende
Bimetallstreifen mit den Wärmeabfluß hindernden oder hemmenden Mitteln auf einer
Grundplatte, also insbesondere dem Sockel oder einer Trennwand des Selbstschaltergehäuses,
befestigt wird. Da der Bimetallstreifen über dieses Befestigungsmittel gleichzeitig
mit einem Pol seiner Stromzuleitung verbunden sein soll, kommt dafür in erster Linie
schlecht wärmeleitendes Metall in Frage, wie es etwa als Widerstandsmetall für Heizkörper
verwendet wird.
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Eine besonders vorteilhafte und den Ansprüchen genügende Ausbildung
ergibt sich gemäß der Er= findung dadurch, daß als Träger oder Halter für den Bimetallstreifen
aus Gründen der Wärmehemmung und andererseits aus Gründen dler Festigkeit ein besonders
dünnwandiges und formsteifes Halteteil verwendet wird, das bei einer Krümmung des
Bimetallstreifens die zu überwindenden Schaltkräfte ohne Deformierung aufnehmen
kann. Dieses Halteteil besitzt dabei eine sehr geringe Masse-und besteht aus einem
Material geringer Leitfaiiigkeit.
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Eine besonders geeignete Ausführungsform besteht in. einem Halterähmc'hen
aus Widerstandsmetallband, in `das Versteifungsrippen eingedrückt sein können. Weitere
Einzelheiten der Erfindung Md mehrere Ausführungsbeispiele für die Erreichung verschiedener
Kennlinien sind an :Hand "der Zeichnungen (Fig. 3 bis 7) näher erläutert.
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Ein thermischer Auslöser, mit dem die der Erfindung zugrunde liegenden
Aufgaben, nämlich seine auf das äußerste gedrängte Anordnung und die Beeinflussung
der Strom-Zeit-Charakteristik, mit einfachen Mitteln erfüllt werden, ist in Fig.
3 und Fig. 4 in Vorder- und .Seitenansicht dargestellt. Auf einer keramischen Grundplatte
i ist der durch Umrisse angedeutete Schaltmechanismus 2 des Selbstschalters angeordnet,
der durch einen Schaltknopf 3 betätigt wird. Über eine Achse 4 wird die Verklinkung
des Selbstschalters ausgelöst, sobald eine Stromüberlastung eintritt. Mit der Achse
4 ist ein Hebel s verbunden, der unter dem Einfluß des thermischen Auslösers steht.
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Der thermische Auslöser besteht aus einem Bimetallstreifen 6, der
vorzugsweise durch Punktschweißung wit-einem Metallrähmchen7 verbunden ist. Das
Rähmchen ist aus Metallband gebogen; es besteht zweckmäßig aus einem :Metall geringer
Wärmeleitfähigkeit, wie es beispielsweise als Widerstandsmaterial für Heizelemente
benutzt wird. Die Rahmenkonstruktion gibt dem Halterä'hmchen eine erhöhte Festigkeit,
so daß beim Schalten durch den Bimetallstreifen die Verstellkräfte ohne merkbare
Deformation aufgenommen werden können. Erforderlichenfalls lassen sich in die Wandungen
des Rähmchens Verstärkungsrippen einpressen. Das Rähmchen ist mittels eines Schraubenbolzens
8 auf der Grundplatte i befestigt. Die Stromzuführung zum Bimetallstreifen erfolgt
über einen Winkel 9, der unter das Rähmchen 7 geklemmt ist. Die Stromzuführung zum
anderen Ende des Bimetallstreifens erfolgt über ein Metallband io, dessen Nietbefestigung
i i als Unterlage für die mit einem Isolierkopf 12 versehene Einstellschraube 13
des Schalthebels 5 dient. 'Das Metallband io ist V-förmig gestaltet, seine Schenkel
verlaufen annähernd parallel zum Metallstreifen und entsprechen in ihrer Länge etwa
der wirksamen Länge des Bimetallstreifens. Auf diese Weise wird ver-. mieden, daß
das Metallband die Bewegung des Bimetallstreifens behindert. Das Metallband kann
so dünn bemessen sein, daß ein Wärmeabfluß in dieserRichtung in einem nennenswerten
Maße nicht stattfindet.
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Um einem Auslöser die Kennlinie a der Fig. i geben zu können, wird
der Bimetallstreifen 6 so bemessen und eine Bimetallqualität mit so hohem spezifischem
Widerstand verwendet, daß er gegenüber dem Halterähmchen 7 und dem Zuführungsband
io den Hauptteil der Gesamtheizleistung aufbringt. Die Eigenerwärmung einerseits
und die Wärmekapazität. der metallischen, den Strom zuführenden Teile 7 und io andererseits
sind so
alagestimmt, daß dem 113in@etallstreifen 6 die in ihm durch
seinen Heizwiderstand entstehende Erwärmung nicht entzogen werden kann.
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Eine Kennlinie b nach Fig. i kann erhalten werden, wenn ein Bimetallstreifen
6 gewählt wird, der sich weniger stark erwärmt als sein Träger 7, so daß ein großer
Teil der Heizleistung durch diesen aufgenommen wird und damit eine größere Trägheit
der gesamten Auslöseeinrichtung erreicht ist.
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Eine noch größere Trägheit nach der Kennlinie c der Fig. i wird durch
indirekte Beheizung des Bimetallstreifens 6 erreicht, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist. Das Zuführungsband 1o ist hier als Heizwiderstand 14 ausgebildet, der sich
mit Zwischenlagen 15 aus Glimmer eng an den Bimetallstreifen 6 anlegt. Unter Verwendung
von Zwischenscheiben 16 ist diese Heizeinrichtung gemeinsam mit dem Bimetallstreifen
am Halterähmchen 7 mittels eines Niets 17 befestigt. Durch die indirekte Beheizung
des Bimetallstreifens wird eine größere Trägheit in der Wärmeübertragung zum Bimetallstreifen
hin erreicht, die noch durch zusätzliche Mittel mit relativ hoher Wärmekapazität,
wie sie etwä ein Unterstützungsstreifen 18 und das nähere Heranführen der einen
größeren Querschnitt aufweisenden Stromzuleitung i9 darstellen würden, erhöht wird.
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Während bei der Anordnung nach Fig. 5 der Bimetallstreifen 6 noch
vom Strom durchflossen wurde, ist bei der Anordnung nach Fig. 6 eine vollkommen
indirekte Beheizung durch den Heizwiderstand 14 dadurch erreicht, daß das eine Anschlußende
des Heizwiderstandes 14 nahe an die Befestigungsstelle 17 des Bimetallstreifens
6 herangeführt ist, wo dies mit dem erwärmten Ende des Bimetallstreifens durch eine
Lötung 20 verbunden ist, so daß der Heizstrom über diese Lötstelle, das befestigte
Ende des Bimetallstreifens und das Rähmchen abfließt. Der Heizwiderstand ist hier
vollständig durch den oberen Glimmerstreifen 15 vom Bimetallstreifen getrennt. Der
Heizwiderstand 14 selbst besteht infolge der anderen Art des Anschlusses naturgemäß
aus drei Lagen, jedoch können im Bedarfsfalle auch mehr Lagen vorgesehen sein, wenn
für Apparate kleinerer Nennstromstärken ein längerer Heizwiderstand erforderlich
wird.
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Bei einer Ausbildung des Auslösers nach Fig. 7 ist an Stelle eines
Heizwiderstandes 14 aus Heizleiterband ein Heizstab 21 aus Kohle oder einer keramischen
Halbleitermasse angeordnet. Der Bi= metallstreifen 6 ist wiederum an die innere
Stirnfläche des Halterähmchens angeschweißt und der Heizstab 21 unter Verwendung
einer Glimmerzwischenlage 15 mittels eines Schraubenbolzens 22 i darunter befestigt.
Die Stromverbindung zur Ableitstelle 9 wird durch eine besondere Lötstelle 23 hergestellt,
während der Zuführungsdraht i9 über eine Lötung 24 mit dem Heizstab 21 verbunden
ist. Statt eines Halbleiters als Heizwiderstand kann auch ein keramischer Körper
mit Widerstandsschicht oder ein gewickelter Widerstand verwendet werden.
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Es ist also ersichtlich, daß durch geeignete Maßnahmen und Auswahl
der Beheizung des Bimetallstreifens die Strom-Zeit-Charakteristik in weiten Grenzen
beeinflußt werden kann. Wesentlich ist jedoch, daß die aufgewendete Heizleistung
tatsächlich nur dorthin geleitet wird, wo ihre Wirksamkeit erforderlich ist, indem
ein unkontrollierbares Abfließen der Wärme, insbesondere durch das Halterähmchen
7, verhindert wird.