DE8411838U1 - Bimetallschutzschalter - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem Bimetallschutzschalter, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schutzschalter ist aus der DE-PS 32 31 136 bekannt. Bei dem bekannten Bimetallschutzschalter sind in einen elektrisch isolierenden flachen Träger zwei elektrische Anschlußfahnen eingebettet, von denen die eine mit einem auf der Oberseite des Trägers befestigten, unbeweglichen Schaltkontakt und die andere mit dem auf der Oberseite des Trägers festliegenden Ende einer Kontaktfeder elektrisch leitend verbunden ist, welche mit ihrem beweglichen Ende mit dem festen Schaltkontakt zusammenarbeitet. Zwischen Haken vorn und hinten auf der Kontaktfeder und Laschen seitlich an der Kontaktfeder ist eine Bimetallschnappscheibe lose auf der Oberseite der Kontaktfeder gehalten.

An der Unterseite des Trägers ist ein Dickschichtwiderstand angeordnet, welcher mit den beiden Anschlußfahnen elektrisch leitend verbunden ist. Der isolierende Träger des Bimetallschutzschalters besitzt eine von unten nach oben durchgehende Durchbrechung, durch welche die im Widerstand erzeugte ohmsche Wärme zur Kontaktfeder und zur Schnappscheibe gelangen kann. Der bekannte Schalter dient als Obertemperaturschalter, das heißt, wenn durch Erhöhung der Umgebungstemperatur die Bimetallschnappscheibe über ihre Schalttemperatur aufgeheizt wird, dann ändert sie sprunghaft ihre Krümmung und öffnet dadurch den Schalter, und danach fließt der Strom nur noch über den Widerstand, welcher sich aufheizt und so viel Härme

an das Bimetallelement abgibt, daß dieses oberhalb seiner Schalttemperatur bleibt, solange der Strom durch den Widerstand nicht unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Birne· tal!schutzschalter der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß er nicht nur als Übertemperaturschalter, sondern gleichzeitig auch als Überströmschalter eingesetzt werden kann. Für den Fall, daß die Kontaktfeder zugleich das Bimetallelement des Schutzschalters ist, ist eine derartige Doppelverwendung aus der DE-OS 32 31 136 bekannt. Es ist jedoch schwierig, ein optimales und vor allen Dingen sicheres Schaltverhalten zu gewährleisten, wenn die Kontaktfeder nicht nur die nötige Schließkraft ausüben soll (wozu sie bestimmte Federeigenschaften aufweisen muß), sondern gleichzeitig einen vorgegebenen Wert des elektrischen Widerstandes und ein befriedigendes Öffnungsverhalten aufweisen soll.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, die Funktionen des öffnens, des Offenhaltens und des Schließens des Bimetallschutzschalters voneinander zu trennen. Wie bei dem aus der DE-OS 32 31 136 bekannten Bimetallschutzschalter hat die Kontaktfeder nur die Aufgabe, den Schalter zu schließen und bei geschlossenem Schalter den Strom zu führen, jedoch ohne ihn begrenzen zu müssen. Das öffnen des Schalters bei überschreiten einer vorgegebenen Umgebungstemperatur bzw. bei überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Stromstärke erfolgt durch ein von der Kontaktfeder getrenntes Bimetallelement, insbesondere eine Bimetallschnappscheibe,

weil diese eine besonders scharf definierte Schalttemperatur aufweist und einen besonders großen Kontakthub bei der Kontakttrennung bewirkt, was sich günstig sowohl auf die Schaltsicherheit als auch auf die Zuverlässigkeit des Offenhaltens des Schutzschalters auswirkt.

Der Wärmeübergang von der Umgebung bzw. von dem erfindungsgemäß vorgesehenen Vorwiderstand zur Strombegrenzung erfolgt durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung.

Nachdem der Bimetallschutzschalter durch das Bimetallelement geöffnet worden ist, fließt nur noch über den Widerstand, welcher den Schalter überbrückt, ein Strom, der diesen Widerstand erwärmt und dadurch das Bimetallelement beheizt, sodaß der Schutzschalter in seinem geöffneten Zustand verharrt.

Der Widerstandswert des Widerstands, welcher den Bimetallschutzschalter überbrückt und ihn nach dem Auftreten einer Störung offenhält, wird in Anpassung an die jeweilige Schalt- und Überwachungsaufgabe des Schutzschalters so gewählt, daß bei geschlossenem Schutzschalter (ungestörter Betrieb des überwachten Gerätes) der weit überwiegende Teil des über den Bimetallschutzschalter fließenden Stromes den Weg über die Kontaktfeder und die geschlossenen Schaltkontakte nimmt und nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Stromes über den parallel zu den Schaltkontakten liegenden Widerstand fließt, sodaß die im Widerstand erzeugte ohmsche Wärme nicht ausreicht, um das Bimetallelement des Schutzschalters auf seine Schalttemperatur zu erwärmen.

Der Widerstandswert ist andererseits so zu wählen, daß bei geöffnetem Schalter die infolge höheren Stromdurchgangs durch den Widerstand erzeugte ohmsche Wärme ausreicht, um das Bimetallelement oberhalb seiner Schalttemperatur und mithin den Schalter offen zu halten.

Die dazu benötigte Heizleistung liegt typisch in der Größenordnung von einigen Watt; bei einer Speisespannung von 220 V liegen geeignete Widerstandswerte für den Widerstand in der Größenordnung von 10 kil, z.B. zwischep 5 kÄ und 25 k£2.

Die Rückstellung des Bimetallschutzschalters erfolgt durch Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem ihn offen haltenden Widerstand. Dies kann im einfachsten Fall durch Ziehen des Netzsteckers oder durch öffnen eines ohnehin vorhandenen Netzschalters erfolgen; es kann zu diesem Zweck aber auch ein gesonderter Unterbrecherschalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter kann grundsätzlich an beliebiger Stelle des Gerätes vorgesehen sein, sodaß dadurch keine besonderen Einbauprobleme für den rückstellbaren Bimetallschutzschalter entstehen. Er eignet sich vor allem als Schutzschalter in elektrischen Kleingeräten, Einbauthermostaten, Kleinmotoren, Kleintransformatoren, Kuchen- und Haushaltsgeräten u.a..

Als Heizwiderstand zum Offenhalten des Bimetallschutzschalters verwendet man zweckmäßig einen Dickschichtwiderstand. Dank seines plattenförmigen Aufbaus kann er seine Wärme über eine große Fläche verteilt abgeben,

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Ϊ sodaß lokale überhitzungen, welche den Schalter ver- *· formen oder sonstwie schädigen könnten (vor allem, wenn der isolierende Träger bzw. das isolierende Ge- W häuse aus einem Kunststoff bestehen), bei Verwendung von Dickschichtwiderständen nicht zu befürchten sind.

Ein weiterer Vorteil der Dickschichtwiderstände liegt darin, daß sie durch Trimmen mittels eines Laserstrahles sehr exakt auf ihren Nennwert des Widerstandes eingestellt werden können; dementsprechend klein sind die" Abweichungen vom Nennwert des Widerstandes innerhalb einer Serie und man muß - anders als bei den bekannten Thermoschaltern - keine "Heizleistungsreserve" zur Sicherheit einplanen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Dickschichtwiderständen liegt darin, daß es ohne weiteres möglich ist, die Grundfläche des Widerstandes den geometrischen Vorgaben des Schalters anzupassen, sodaß für jeden Schalter ein optimaler Wärmeübergang vom Dickschichtwiderstand auf das Bimetallelement erzielt werden kann.

Bei dem erfindungsgeroäßen Bimetallschutzschalter befinden sich der ruhende Schaltkontakt und die Kontaktfeder mit dem beweglichen Schaltkontakt auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Trägers und der ohmsche Widerstand ist auf der anderen Seite des Trägers angeordnet, wobei zwischen dem Widerstand und dem Bimetall element bzw. der Kontaktfeder auf der anderen Seite des Trägers eine Durchbrechung im Träger vorge-

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sehen ist, wodurch ein guter Wärmeübergang vom Widerstand auf das Bimetallelement erreicht wird, obwohl zwischen beiden der elektrisch isolierende Träger liegt.
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Damit auch zwischen dem erfindungsgemäß vorgesehenen Vorwiderstand und dem Bimetallelement ein möglichst ungehinderter Wärmeübergang möglich ist, ist vorgesehen, den Vorwiderstand in eben jener Durchbrechung des isolierenden Trägers anzuordnen, welche auch einen guten Wärmeübergang zwischen dem parallel zum Schutzschalter liegenden, zum Offenhalten des Schalters dienenden Widerstand und der Kontaktfeder ermöglicht. Besonders günstig ist der Wärmeübergang natürlich dann, wenn das Bimetallelement unter der Kontaktfeder angeordnet ist und deshalb von der Kontaktfeder gegenüber den beiden elektrischen Widerständen nicht abgeschirmt wird. Vorteilhaft ist es ferner, als Vorwiderstand einen Widerstandsdraht zu verwenden, von welchem eine Schleife in der Durchbrechung des isolierenden Trägers liegt. Durch einen solchen Widerstandsdraht kann jedenfalls bei nicht zu großen Stromstärken, wie sie bei Haushaltsgeräten typisch sind, auf sehr einfach« und preiswerte Weise eine Strombegrenzung erfolgen, und die eine Schleife des Widerstandsdrahtes, welche in der Durchbrechung des isolierenden Trägers liegt, ist nicht nur sehr günstig positioniert im Hinblick auf den gewollten Wärmeübergang auf das Bimetallelement, sondern sie behindert auch nicht spürbar den Wärmeübergang von dem an der Unterseite des Trägers angeordneten, für das Offenhalten des Schalters zuständigen Widerstand auf das das Bimetallelement.

Bei Auftreten einer unzulässig hohen Stromstärke erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Sehalter ein sehr rasches Ansprechen und ein zuverlässiges Offenhalten des Schalters nach dem Ansprechen; beide Eigenschaften sind für einen Schutzschalter ausserordentlich erwünscht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnung des Vorwiderstandes in der Durchbrechung des isolierenden Trägers liegt darin, daß er in dieser Durchbrechung geschützt angeordnet ist und keinen zusätzlichen Platz beansprucht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die beiliegende vereinfachte Zeichnung.

Figur 1 zeigt einen Bimetallschutzschalter in der Draufsicht, und

Figur 2 zeigt denselben Schutzschalter in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.

Es handelt sich bei dem dargestellten Schutzschalter um einen offenen Schalter. (Die Erfindung ist natürlich auch auf gekapselte Schalter anwendbar).

An der Unterseite 6 eines elektrisch isolierenden, flachen Trägers 1 sind zwei in entgegen-gesetzte Richtungen weisende elektrische Anschlußfahnen 2 und 3 mit Lötösen 4 und 5 befestigt.

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Durch ein Niet, dessen Kopf 8 dargestellt ist und welcher den isolierenden Träger 1 durchsetzt, ist eine Kontaktfeder 10 mit ihrem einen Ende auf der Oberseite 9 des Trägers 1 befestigt und zugleich mit der einen Anschlußfahne 3 elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktfeder 10 trägt an ihrem beweglichen Ende ainen Schaltkontakt 11, der mit einem ruhenden Schaltkontakt 12 zusammenarbeitet, welcher mit der gegenüberliegenden Schaltfahne 2 vernietet ist,. In der Nähe des Schaltkontaktes 11 befindet sich in der Kontaktfeder 10 eine öffnung 14,durch welche ein im Träger 1 befestigter und von dessen Oberseite 9 senkrecht hochstehender Zentrierstift 15 hindurchragt.

Zwischen der Kontaktfeder 10 und der Oberseite des Trägers 1 ist eine Bimetallschnappscheibe 16 lose, aber unverlierbar angeordnet. Die Bimetallschnappscheibe 16 ist deshalb unverlierbar, weil sie an ihrem einen Ende eine Einbuchtung 16a aufweist, welche den Zentrierstift 15 teilweise umgibt, während ihr gegenüberliegendes

Ende in eine zwischen Seitenstegen 13 des Trägers 1 gebildete Ausnehmung 17 auf der Oberseite des Trägers 1 eingepasst ist.

An der Unterseite des Trägers 1 ist ein Dickschichtwiderstand 18 angeordnet, welcher üblicherweise die Gestalt einer flachen, beschichteten Keramikplatte hat.

Die beiden starren Anschlußfahnen 20 und 21 des Dick-Schichtwiderstandes 18 führen in entgegengesetzte Richtungen vom Dickschichtwiderstand 18 fort und sind mit den Anschlußfahnen 2 bzw. 3 des Schutzschalters verlötet.

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Der Träger 1 besitzt eine von unten nach oben durchgehende Durchbrechung 19, durch welche die im Dickschichtwiderstand 18 erzeugte ohmsche Wärme zur Kontaktfeder

10 und zur Schnappscheibe 16 gelangen kann. 5

Ferner ist ein elektrischer Vorwiderstand 30 vorgesehen» welcher durch ein Stück Widerstandsdraht gebildet ist» von welchem eine Schleife in der Durchbrechung 19 des Trägers 1 liegt und dessen eines Ende 32 an der Anschlußfahne 3 des Schutzschalters 3 befestigt ist, während das andere Ende seitlich aus dem Spalt zwischen dem Träger 1 und dem Dickschichtwiderstand 13 herausführt und mit einer Lötöse 31 verbunden ist.

Bei eingebautem und geschlossenem Schalter fließt der Strom von der Lötöse 31 durch den Widerstandsdraht 30 zur Anschlußfahne 3 und von dort einerseits über die Kontaktfeder 10 und andererseits (jedoch nur zu einem geringen Teil) über den Dickschichtwiderstand 18 zur Anschlußfahne 2. Spricht jedoch der Schalter bei überschreiten einer vorgewählten Umgebungstemperatur oder bei überschreiten einer vorgewählten Stromstärke an und öffnet, indem die Schnappscheibe 16 sprunghaft ihre krümmung ändert, sich gegen die Einbuchtung 10a der

Kontaktfeder 10 stemmt und dadurch die Schaltkontakte

11 und 12 voneinander trennt, dann fließt der Strom nur noch über den Dickschichtwiderstand 18; dieser heizt sich auf und gibt soviel Wärme an die Schnappscheibe ab, daß diese oberhalb ihrer Schalttemperatur bleibt, solange der Strom durch den Dickschichtwiderstand 18 nicht unterbrochen wird.

Durch die Anordnung des Dickschichtwiderstandes 18 unter der Durchbrechung 19 sowie durch die Anordnung des Widerstandsdrahtes 30 in demselben Durchbrechung 19 des Trägers 1 ist gewährleistet, daß die in diesen beiden Widerständen erzeugte Wärine einen recht guten Zugang zu der Bimetallschnappscheibe 16 hat, sodaß ein rasches Ansprechen des Schutzschalters im Störfall und ein sicheres Offenhalten des Schalters nach einem Störfall gewährleistet sind.

Der neue Schalter zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus und kann deshalb, was für einen Massenartikel wesentlich ist, sehr preiswert hergestellt werden. Er ist auch vielseitig verwendbar und an unterschiedliche Schaltaufgaben leicht anpassbar.

Abschließend wird für den dargestellten Schutzschalter

noch ein Bemessungsbeispiel angegeben:

Wenn der Schutzschalter zur Absicherung eines Gerätes

verwendet werden soll, welches im Normalfall mit einer Stromstärke von 2 Amp. betrieben wird und spätestens bei Erreichen einer Stromstärke von 6 Amp. abgeschaltet werden soll, dann verwendet man als Vorwiderstand einen Drahtwiderstand mit einem Widerstandswert von nicht mehr als 100 m-O-sowie einen Dickschichtwiderstand mit einem Widerstandswert zwischen 10 und 20 k-Q* sowie eine Bimetallschnappscheibe mit einer Schalttemperatur von ca. 80⁰C. Solange das elektrische Gerät seine Sollstromstärke von ca. 2 Amp. aufnimmt, erwärmt sich der Vorwiderstand nur unwesentlich. Wenn jedoch ein Störfall eintritt, z.B. ein Elektromotor blockiert oder bei einem Heizgerät in der Heizwendel ein Kurzschluß auftritt,

dann steigt der Strom rapid an: Infolge dessen erwärmt sich auch der Vorwiderstand sehr rasch, beheizt die Bimetallschnappscheibö und bewirkt, daß sich in wenigen Sekunden der Schutzschalter öffnet, worauf dann nur noch durch den Dickschichtwiderstand ein Strom fließt, der den Schalter offenhält.

Claims (3)

••PATENTANWÄLTE .. DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTUCHE 28-31 CAM LEOPOLOPLATZ) D-753O PFORZHEIM (WEST-germanV) * co72aIi 1 ο22aono ■ Telegramme: PATMARK 12. April 1984 III/Q LIMITOR GmbH, 7530 Pforzheim "Bimetal!schutzschalter" Schutzansprüche:

1. Bimetallschutzschalter, welcher bei überschreiten einer vorgewählten Temperatur durch ein Bimetallelement, welches nicht zugleich seine Kontaktfeder ist, geöffnet und durch einen ohmschen Widerstand, insbesondere einen Dickschichtwiderstand, welcher den Schalter überbrückt, in geöffnetem Zustand gehalten wird, wobei die Kontaktfeder mit dem beweglichen Schaltkontakt und der ruhende Schaltkontakt des Bimetallschutzschalters auf der einen Seite eines elektrisch isolierenden Trägers angeordnet sind, während der Widerstand auf der gegenüberliegenden Seite des isolierenden Trägers angeordnet ist, welcher zwischen diesem Widerstand und der Kontaktfeder durchbrochen ist,

^dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorwiderstand (30) vorgesehen ist, welcher In der Durchbrechung(19) des Isolierenden Trägers (1) angeordnet ist.

2. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (30) durch einen Widerstandsdraht gebildet ist, von welchem eine Schleife in der Durchbrechung (19) des isolierenden Trägers (1) liegt.

3. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (16) - vorzugsweise eine Schnappscheibe - zwischen der Kontaktfeder (10) und dem isolierenden Träger (1) angeordnet ist.