DE837726C - Einrichtung zur Beeinflussung der Ausloesecharakteristik von thermischen Ausloesern fuer Selbstschalter - Google Patents

Einrichtung zur Beeinflussung der Ausloesecharakteristik von thermischen Ausloesern fuer Selbstschalter

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DE837726C
DE837726C DEST488A DEST000488A DE837726C DE 837726 C DE837726 C DE 837726C DE ST488 A DEST488 A DE ST488A DE ST000488 A DEST000488 A DE ST000488A DE 837726 C DE837726 C DE 837726C
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bimetal
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DEST488A
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Wilhelm Sattler
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Stotz Kontakt GmbH
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Stotz Kontakt GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14Electrothermal mechanisms
    • H01H71/16Electrothermal mechanisms with bimetal element

Landscapes

  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik von thermischen' Auslösern für Selbstschalter, bei denen der die Auslösung des Selbstschalters bewirkende Bimetallstreifen in einer den Wärmeabfluß hindernden oder hemmenden Weise auf der Schaltergrundplatte oder an einem anderen entsprechenden Gehäuseteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungsmittel für den Bimetallstreifen (6) ein besonders dünnwandiges und formsteifes Halteteil (7) von geringer Masse und aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist, von dem die Verstellkräfte für den Schaltmechanismus ohne Deformation aufgenommen werden.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen an einem Halterähmchen (7) aus einem Widerstandsmetallband mit geringer Wärmeleitfähigkeit befestigt ist, mit dem auch eine zusätzliche Heizeinrichtung (14) für seine Erwärmung sowie in Verbindung mit dieser wärmestauende Mittel (18) zurBeeinflussung derAuslösecharakteristik verbunden sein können.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rähmchen Versteifungsrippen eingeprägt sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwiderstand (14) das Zuführungsband (io) aus entsprechendem Widerstandsmaterial hergestellt und unter Verwendung von Glimmerzwischenlagen (15) unterhalb des Bimetallstreifens befestigt ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zür Erhöhung der Trägheit der Auslösecharakteristik unterhalb des Heizwiderstandes (14) für den Bimetallstreifen ein Stützstreifen (18) befestigt ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwiderstand für den Bimetallstreifen ein Heizstab (21), insbesondere aus Halbleitermasse, oder ein Schichtleiter unterhalb des Bimetallstrenfens angeordnet ist.
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