DE842082C - Elektrischer Kleinselbstschalter - Google Patents

Description

Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende elektrische Kleinselbstschalter ist dazu bestimmt, einen elektrischen Stromkreis zu unterbrechen, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert überschreitet. Eine geringe Zunahme der Stromstärke bewirkt seine Auslösung. Ein direkter Kurzschluß, welcher sich sogar mehrmals wiederholen kann und beträchtliche Überströme hervorruft, bewirkt sein Arbeiten ohne seine Organe zu zerstören.

ίο Dieser Schalter ist insbesondere für den Schutz von Motoren geringer Leistung, von Hausanlagen für Kraft oder Licht, der elektrischen Ausrüstung von Fahrzeugen und ganz allgemein von allen elektrischen Stromkreisen geeignet, in denen eine geringe Zunahme der Stromstärke oder auch Kurzschlüsse Zerstörungen oder Unfälle hervorrufen können.

In diesem Schalter wird der bewegliche Schaltkontakt von einem biegsam angeordneten Streifen getragen, der in der Einschaltstellung durch den Anschlag eines an einem Schaltstab schwenkbar angelenkten und ao unter der Einwirkung einer Feder stehenden Hebels verriegelt wird, wobei die Feder den schwenkbaren Hebel in Berührung mit dem wenigstens einen beweglichen Kontakt tragenden Streifen hält und der Schaltstab in der Einschaltstellung durch eine unter dem Einfluß einer Feder stehende Klinke verriegelt wird, wobei ferner die Auslösung durch die Verformung eines Bimetallstreifens bewirkt wird, welcher den schwenkbaren Hebel in eine Aussparung des Schaltstabes zurückdrückt, dadurch den Schaltkontaktstreifen freigibt, der bei seiner plötzlichen Ausschaltbewegung auf das gegenüberliegende Ende der

Verriegelungsklinke trifft, und so den Schaltstab entriegelt, welchen eine Feder in die Ausschaltstellung drückt, wobei gleichzeitig der schwenkbare Hebel wieder in Berührung mit dem den Schaltkontakt tragenden Streifen gebracht wird.

In Kombination mit dem Einschaltdruckknopf kann man einen Handauslösedruckknopf verwenden, welcher über einen Kipphebel auf die den Einschaltdruckknopf in seiner unteren Stellung haltende Klinke einwirkt.

Die schematischen Zeichnungen zeigen beispielshalber mehrere Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. ι und 2 sind lotrechte Schnitte des eingeschalteten Schalters längs der Linie i-i der Fig. 2 bzw. längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein lotrechter Schnitt des ausgeschalteten Schalters längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 4 und 5 sind lotrecht geschnittene Teilansichten

einer Ausführungsabwandlung der Kontakte in der Öffnungsstellung im Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 5 bzw. in der Schließungsstellung im Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 und 7 sind die gleichen Ansichten einer anderen Ausführungsabwandlung der Kontakte, und zwar in der Öffnungsstellung im Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 7 und in der Schließungsstellung im Schnitt längs der Linie η-η der Fig. 6;

Fig. 8 ist eine Vorderansicht eines Bimetallstreifens; Fig. 9 zeigt ihn in der Ruhestellung und in der gekrümmten Stellung;

Fig. 10 bis 12 sind lotrechte Schnitte einer Ausführungsabwandlung des mit einer Auslösebetätigung versehenen eingeschalteten Schalters, und zwar längs der Linie 10-10 der Fig. 11 bzw. 11-11 der Fig. 10 bzw. 12-12 der Fig. 10;

Fig. 13 und 14 sindAnsichten eines anderen Bimetallstreifens von vorn bzw. spiralig gerollt.

Der Schalter besitzt einen Sockel 2 aus Isolierstoff,

der den Mechanismus trägt, welcher durch den Deckel3 gleichfalls aus Isolierstoff geschützt wird. Dieser Deckel ist an dem Sockel durch Schrauben 4 befestigt, Das durch eine Rippe 6 verstärkte Hauptgestell 5 trägt den Mechanismus des beweglichen Kontakts sowie die in den Winkel 8 (Fig. 3) geschraubte Klemme 7, welche beide elektrisch von dem Gestell 5 isoliert sind.

Der die Auslösung des Schalters steuernde geschlitzte Bimetallstreifen 9 ist durch Schrauben 11 an dem Gestell 5 befestigt, mit dem einer seiner Schenkel elektrisch verbunden ist, während der andere, von dem Gestell isolierte Schenkel mit dem Winkel 8, d. h. mit der Klemme 7 verbunden ist. An seinem Ende trägt dieser Bimetallstreifen einen auf den Verriegelungshebel 13 drückenden isolierten Stift 12.

Eines der Enden des den beweglichen Kontakt 15 tragenden Streifens 14 ist an dem Gestell 5 durch eine Feder 16 befestigt, welche aus mehreren Lamellen geringer Dicke besteht, welche ihr eine größere Nachgiebigkeit und eine größere mechanische Widerstandsfähigkeit verleihen. An seinem anderen Ende ist die den beweglichen Kontakt 15 tragende elastische Zunge 17 befestigt. Die Verklinkungsrolle 18 ist auf einer in dem Streifen 14 befestigten Achse drehbar. . !

Der Schaltstab 19 mit z.B. rechteckigen} Querschnitt gleitet in dem oberen Teil des Gestells 5 und wird an seinem Unterteil durch die an dem unteren Teil des Gestells 5 befestigte Führung 20 geführt.

Dei Verklinkungshebel 13 ist bei 21 an seinem oberen Ende 22 an dem Schaltstab 19 angelenkt, in dessen Schlitz 23 er untergebracht ist, aus welchem ihn die Feder 24 herauszudrücken sucht, damit er de» Streifen 14 festhält, wenn der Schalter eingeschaltet ist.

Wenn der Schalter eingeschaltet ist, hält die Klinke 26, auf welche ihre Feder 25 drückt, den Stab 19, welcher in den Einschalt druckknopf 27 ausläuft, in seiner unteren Stellung.

Der der Einwirkung der Rückführungsfeder 29 unterworfene Ausschaltdruckknopf 28 wirkt auf das Ende des Hebels 31 ein, welcher auf demselben Schwenkzapfen 30 schwenkbar ist, wie die Klinke 26, welche auf das andere Ende des Hebels 31 einwirkt.

Die Klemme 32 befestigt an dem Sockel 2 (Fig. 1) ein Plättchen 33 aus Isolierstoff, um welches Windungen eines Metalldrahtes 34 gewickelt sind. Der magnetische Kern 35 durchdringt das Plättchen 33 und trägt den festen Kontakt 36. Ein Ende der Wicklung 34 ist an die Klemme 32 angeschlossen, während ihr anderes Ende über den Magnetkern 35 mit dem Kontakt 36 verbunden ist.

Die Klemmen 7 und 32 können, wie auf Fig. 1 und 3 dargestellt, in geschlitzte Steckerstifte genormten Durchmessers und Abstands auslaufen öder in elastische Kontakte für Sicherungselemente oder in jede beliebige andere Vorrichtung zur Stromzuführung.

Dieser Schalter arbeitet folgendermaßen: Wenn er eingeschaltet ist (Fig. 1 und 2), fließt der z. B. an der Klemme 7 ankommende elektrische Strom durch den Winkel 8 und dann nacheinander durch die beiden Schenkel des Bimetallstreifens 9, die Feder 16, den Streifen 14, den beweglichen Kontakt 15, den festen Kontakt 36, die Wicklung 34 und gelangt schließlich zur zweiten Klemme 32.

Der Querschnitt der beiden Schenkel des Bimetallstreifens ist so. bemessen, daß die Nennstromstärke keine merkliche Verformung hervorruft. Wenn die Stromstärke den festgesetzten Wert überschreitet, verformt sich der Bimetallstreifen unter dem Einfluß der Erwärmung, und sein Ende 9" drückt mittels des iso- ■ lierten Stiftes 12 den Verklinkungshebel 13 ins Innere des Stabes 19 (Fig. 2) zurück. *

Die Rolle 18 rollt aus dem Schlitz 37 des Hebels 13, und der freigegebene Streifen 14 gehorcht plötzllicn seiner Feder 16; wodurch der bewegliche Kontakt 15 plötzlich abgehoben wird.

Der obere Teil des Kontakts 15 schlägt dann gegen das Ende der Klinke 26, welche sich anhebt und so den Schaltstab 19 freigibt.

Die die Führung 20 umgebende Feder 38 hebt danndiesen Schaltstab an, welcher seine Ausschaltstellung (Fig. 3) einnimmt. In dieser Stellung tritt die Rolle 18 des Streifens 14 wieder in den Schlitz des Hebels 13 ein. .

Bei einer Ausführungsform des Schalters gestattet der Knopf 28 die willkürliche Auslösung des Schalters, ohne daß er von einem Überstrom durchflossen wird. Dieser Knopf 28 wirkt auf das Ende des Hebels 31,

welcher um seine Achse schwenkt und durch sein anderes Ende die Klinke 26 anhebt. Der Stab 19 gehorcht dann der Feder 38, welche ihn anhebt und dabei den den beweglichen Kontakt 15 tragenden Streifen 14 freigibt.

Zur Wiedereinschaltung des Schalters genügt es, den Knopf 27 voll einzudrücken, um den Streifen 14 mittels des Hebels 13 mitzunehmen, wobei die Feder 16 sowie die die Führung 20 umgebende Feder gespannt werden. Die unter dem Druck ihrer Feder 25 stehende Klinke 26 verriegelt den Stab 19 in seiner unteren Stellung, und der Schalter befindet sich von neuem in der Einschaltstellung (elektrischer Stromkreis geschlossen).

Die gewinkelte Form des Streifens 14 gestattet der Achse der Rolle 18 genau senkrecht zu. der Kante des Schlitzes 37 des Hebels 13 zu stehen. Diese sehr wichtige Bedingung gewährleistet ein tadelloses Arbeiten der Rolle ohne seitliche Reibung.

Entsprechend den Nennstromstärken können die Kontakte auf verschiedene Weise ausgeführt sein, um die höchste Wirksamkeit und die geringste Abnutzung des Apparates zu gewährleisten.

Fig. ι bis 3 zeigen einen Kontakttyp für sehr geringe Stromstärken. In diesem Fall würde der Bimetallstreifen, der notwendigerweise einen geringen Querschnitt hat, schnell durch die beträchtlichen Stromstärken eines freien Kurzschlusses zerstört werden, wenn nicht eine Sondervorrichtung vorgesehen würde.

Die mit dem Bimetallstreifen 9 in Reihe geschaltete Wicklung 34 hat eine doppelte Aufgabe:

a) Sie besteht aus einem Draht mit hohem spezifischem Widerstand und hohem Schmelzpunkt, dessen Querschnitt genügend groß ist, um der Nennstromstärke des Apparates keinen merklichen Widerstand entgegenzusetzen. Im Fall eines Kurzschlusses ist dagegen der dem Stromdurchgang entgegengesetzte Widerstand hinreichend, um die Stromstärke zu begrenzen. Die Wicklung schützt auf diese Weise den Bimetallstreifen bis zur Ausschaltung, die übrigens praktisch sofortig ist.

b) Sie bildet die Wicklung eines Elektromagneten, dessen durch den den Kontakt 36 tragenden Kern 35 gehender Magnetfluß die Ausblasung des Unterbrechungslichtbogens erleichtert. Dieser Kontakt 36 kann aus Kohle sein, um die Verschweißung der Kontakte bei der Trennung zu verhindern.

Man kann auch Kontakte für größere Stromstärken vorsehen.

Fig. 4 und 5 beziehen sich auf eine Vorrichtung mit Vielfachloontakten. Die größere Zahl der Kontakte verringert die Erwärmung für eine gleichwertige Gesamtfläche und gewährleistet eine bessere Auflage der einander berührenden Flächen.

Ferner weist die dargestellte Vorrichtung Hauptmetallkontakte 41 und 42, 43 und.44 sowie Hilfskontakte 45 und 46 auf. Der aus Kohle bestehende Kontakt 45 ist beweglich. Dies gestattet die Unterbrechung in zwei Teilvorgängen :

i. Wenn sich der Streifen 14 anhebt, erfolgt die Unterbrechung zunächst an den Hauptmetallkontakten 41 und 42, 43 und 44. Der von der Feder 47 angehobene Kontakt 45 dagegen begiertet den beweglichen Kontakt 46 bis zur oberen Stellung des Kontaktträgers 48. Während der sehr kurzen Zeit der Verschiebung des Kontakts 45 fließt die Gesamtstromstärke durch diesen, und die Metallkontakte 41 und 42, 43 und 44 trennen sich ohne Lichtbogenbildung.

2. Wenn der Kontakt 46 den Kontakt 45 verläßt, entsteht der Bogen zwischen einer Metallfläche und einer Kohle, wodurch die Gefahr einer Verschweißung verhindert wird. Der Kohlekontakt 45 ist mit der Platte 49 und infolgedessen mit der Klemme 32 durch · ein biegsames Kabel 51 verbunden, welches den Stromübergang zwischen diesen Teilen gewährleistet.

Fig. 6 und 7 stellen eine Abwandlung der obigen Ausführungsformen dar.

Die Kontakte 45 und 46 sind die gleichen und haben die gleiche Aufgabe.

Die Hauptmetallkontakte 52 und 56 sind jedoch 8c nicht feststehend wie die Kontakte 41 und43, sondern um die Achse 53 schwenkbar und' heben sich bei der Unterbrechung unter der Einwirkung der Federn 54 und 55 leicht an. Dieses Anheben gewährleistet ein leichtes Gleiten der Zylinderfläche der Kontakte 52 und 56 auf dem Kontakt 57. Dieses Gleiten bewirkt die Reinigung der Kontaktflächen, und die Unterbrechung erfolgt nicht an denselben Stellen, wie der · " Stromdurchgang während des Betriebs des Schalters.

Es ist noch zu bemerken, daß die Drücke auf die Kontakte 52 und 56 ausgeglichen sind, da der Kontakt 57 um die Niete 58 schwenken kann, die ihn an dem Streifen 14 befestigt, und da die Feder 16 den Streifen 14 und den Kontakt 57 gegen die Kontakte 52 und 56 zu drücken sucht.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Auslösung durch einen Druck auf den Knopf 28 nicht vor sich gehen, wenn man den Knopf 27 niedergedrückt hält.

Bei der auf Fig. 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform wird dieses Ergebnis erhalten, ohne daß der Vorteil des geringen Platzbedarfs verlorengeht, welcher die Verwendung dieses Schalters in einer versenkten Apparatur gestattet..

Zu diesem Zweck wird der Druckknopf 28⁰ in die auf Fig. 10 und 11 gezeigte Ruhestellung durch die Feder 59 zurückgeführt, welche sich auf dem durch das Zwischenstück 62 getragenen Halter 61 abstützt. Dieser trägt noch einen Teil 63 mit schrägem Profil, welcher bei seiner Abwärtsbewegung die Schwenkung no des Hebels 65 um das Zwischenstück 62 in dem Sinn des Pfeiles 64 (Fig. 11) bewirkt.

Das Ende 66 dieses Hebels 65 übt dann einen Druck in der Richtung des Pfeiles 67 unterhalb' der Schwenkachse 68 des Hebels 13 (Fig. 12) aus, wodurch dieser in den Stab 19 zurückgedrückt wird. Die Wand der Einkerbung 37 rollt auf der Rolle 18 und gibt so den Streifen 14 frei, welcher durch seine Aufwärtsbewegung den durch die Kontakte des Schalters geschlos-^ senen Stromkreis öffnet. iao

Um einen Schalter für sehr kleine Stromstärken z. B. der Größenordnung von 1 Amp. und noch weniger zu erhalten und dabei sehr beschränkte Abmessungen für den Schalter beizubehalten, wird man gezwungen, die Breite und die Dicke der Schenkel des BimetalLstreifens zu verkleinern, da ja dessen Quer-

schnitt die Nennstromstärke eines jeden Schalters bestimmt, da jedoch die Festigkeit dieser Schenkel proportional mit der Verkleinerung ihres Querschnitts abnimmt, beschränkt man so die mechanische Kraft, die sie ausüben können.

Um die von dem Bimetallstreifen 69 (Fig. 10, 12 und 14) entwickelte Kraft und seinen Ohmschen Eigenwiderstand zu vergrößern, kann er spiralförmig gerollt werden, so daß man einen Bimetallstreifen erhält, der die gleiche Längenabmessung wie der Bimetallstreifen 9 der Fig. 1 hat.

Die erhaltene Verformung ist keine Biegung mehr, wie auf Fig. 9 gezeigt, sondern eine Verdrehung, wie es der Pfeil71 der Fig. 14 angibt. Diese Möglichkeit, eine Vergrößerung der durch den Bimetallstreifen ausgeübten Kraft und seines Ohmschen Widerstandes für eine bestimmte Stromstärke zu erhalten, gestattet die Herstellung eines Schalters, der bei kleineren Stromstärken auslöst als Schalter mit einem geradlinigen

ao Bimetallstreifen gleicher Abmessung.

Der in Fig. 10 bis 12 dargestellte Schalter arbeitet folgendermaßen:

Der vollständig den Bimetallstreifen durchfließende Strom bewirkt eine Erhitzung der Windungen 72 des-

a$ selben, und sobald er seinen Nennwert übersteigt, suchen sich diese Windungen merklich aufzurollen. Das freie Ende 73 des Wickels wirkt dann auf den Hebel 13 ein, der den Streifen 14 freigibt. Für das richtige Arbeiten und zur Vermeidung jeder Durchbiegung müssen sich die Windungen 72 bei 74 auf dem Gehäuse 3 abstützen.

Die Vorteile dieses zum Ersatz einer Sicherung bestimmten Schalters sind folgende:

1. Sehr kleine Abmessungen, welche die Verwendung für handelsübliche Sicherungselemente mit Steckern in Dosenform oder für versenkte Anlagen ermöglichen;

2. Sehr große Empfindlichkeit bei der Auslösung infolge der folgenden drei vereinigten Bedingungen: a) sofortige Erhitzung, des Betätigungsbimetallstreifens durch unmittelbaren Stromdurchgang durch denselben, b) Untersetzung der zur Auslösung erforderlichen Kraft durch einen Hebel, auf welchen der Bimetallstreifen einwirkt, c) durch das Rollen einer kleinen Rolle, d. h. ohne jede gleitende Reibung bewirkte Auslösung.

3. Leichtigkeit der Betätigung bei gleichzeitigem Schutz gegen unerlaubte Eingriffe, da der Wiedereinschaltknopf zugänglich bleibt, selbst wenn der Schalter auf seinem Grundelement plombiert ist.

Da die Auslösung der Kontakte unabhängig von der Ausklinkung des den Druckknopf tragenden Organs ist, so ergibt sich, daß das Arbeiten des Schalters gewährleistet ist, selbst wenn der Druckknopf willkürlich in seiner Wiedereinschaltstellung niedergedrückt gehalten wird.

4. Ein sehr großer Abstand der Kontakte erleichtert die Löschung des Unterbrechungslichtbogens bei der Auslösung, wobei die Bogenlöschung noch durch Blasvorrichtungen erleichtert wird, welche entsprechend den festgesetzten Nennstromstärken verschieden ausgebildet sind.

5. Widerstandsfähigkeit des Schalters gegen die direkten Kurzschlüsse infolge seiner großen Empfindlichkeit, welche die Ausschaltung gewährleistet, bevor die durch einen großen Überstrom hervorgerufene Erwärmung den verschiedenen Organen schädlich werden kann. '

6. Möglichkeit der Hinzufügung des Auslöseknopfes, welcher den Apparat in einen von Hand auslösbaren Selbstschalter verwandelt. Diese Vorrichtung ist besonders für den versenkten Einbau oder für Schalttafeln geeignet, und zwar infolge der sehr geringen Abmessungen des Unterbrechers und des Selbstschalters, die in diesem Apparat vereinigt sind.

7. Schließlich der große, für die Kontakte verfügbare Platz, welcher die Vervielfachung der Kontaktstellen und die Anbringung von Funkenlöschern in der oben beschriebenen Weise ermöglicht.

Claims (7)

Patentansprüche: ,g0

1. Elektrischer Kleinselbstschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schaltkontakt (15) von einem biegsam angeordneten Streifen (14, 17) getragen wird, der in der Einschaltstellung durch den Anschlag eines an einem Schaltstab (19) schwenkbar angelenkten und unter der Einwirkung einer Feder (24) stehenden Hebels (13) verriegelt wird, wobei die Feder (24) den schwenkbaren Hebel (13) in Berührung mit dem wenigstens einen beweglichen Kontakt tragenden Streifen (14, 17) go hält, und der Schaltstab (19) in der EinschaJtstellung durch eine unter dem Einfluß einer Feder (25) stehende Klinke (26) verriegelt wird, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung durch die Verformung eines Bimetallstreifens (9) bewirkt wird, welcher den schwenkbaren Hebel (13) in eine Aussparung des Schaltstabes (19) zurückdrückt, dadurch den Schaltkontaktstreifen (14, 17) freigibt, der bei seiner plötzlichen Ausschaltbewegung auf das gegenüberliegende Ende der Verriegelungsklinke (26) trifft, und so den Schaltstab (19) entriegelt, welchen eine Feder (38) in die Ausschaltstellung drückt, wobei gleichzeitig der schwenkbare Hebel (13) wieder in Berührung mit dem den Schaltkontakt tragenden Streifen (14, 17) gebracht wird.

2. Selbstausschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Handauslösedruckknopf (28), welcher über einen Kipphebel (31) auf die den Einschaltdruckknopf in seiner unteren Stellung haitende Klinke (26) einwirkt.

3. Selbstausschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließung des Stromkreises durch eine Gruppe von mehreren beweglichen Kontakten (42, 44, 46) bewirkt wird, welche von dem Schaltstreifen (14, 17) getragen werden und eine gleiche Zahl von festen Gegenkontakten (41, 43, 45) berühren, welche so angeordnet sind, daß einer (45) von ihnen allein die letzte Unterbrechung bewirkt und so aus Feinkohle hergestellt sein kann, daß seine Abnutzung verringert wird.

4. Selbstausschalter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine feste Kontakt (45) unter der Wirkung einer Feder (47) steht, welche ihm eine solche Bewegung ermöglicht, daß us er mit seinem beweglichen Gegenkontakt (46) die

erste Einschaltung und die letzte Unterbrechung des Stromkreises bei jedem Schaltvorgang durchführt.

5. Selbstausschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei schwenkbare ieste Kontakte (52, 56), welche sich unter dem Einfluß einer Gegenfeder (55, 54) leicht anheben, wenn die Unterbrechung ertolgt oder wenn sie zuerst mit einer breiten, den beweglichen Kontakt bildenden Kontaktfläche (57) in Berührung kommen.

6. Selbstausschalter räch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Handauslöserdruckknopf (28⁰), der durch eine Gegenfeder (59) in die Ruhestellung zurückgeführt wird, durch seinen abgeschrägten Fuß (63) senkrecht zu der Achse dieses Druckknopfes das Schwenken eines Anschlaghebels (65) bewirkt, der den Verriegehingshebel (13) beiseite drückt, welcher den die beweglichen Kontakte tragenden biegsamen Streifen (14, 17) verriegelt.

7. Selbstausschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen spiralig aufgerollt ist, so daß sein freies Ende durch Aufdrehung wirkt (Fig. 14).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5203 6.