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Elektromagnetischer Selbstschalter mit thermischer Verzögerung Thermische
Verzögerungsvorrichtungen an Selbstschaltern haben die Aufgabe, Stromstöße, die
z. B. beim Einschalten auftreten, abzufangen und ein sofortiges Abschalten zu verhindern.
Die Stromstöße zeigen sich insbesondere dann, wenn in den zu sichernden Stromkreisen
beispielsweise hochkerzige Metallfadenlampen eingeschaltet sind. Wenn auch im allgemeinen
nur kurz, so dauern diese Stromstöße doch immer so lange an, daß ein einfacher Selbstschalter
zur Auslösung gebracht wird. Eine Wärmevorrichtung verhindert diese Wirkungen der
Einschaltstromspitzen. Jede andere Auslösestromstärke bewirkt durch Erwärmung eine
Schwächung der dem Thermostaten innewohnenden Gegenkraft zur Magnetbewegung, durch
welche die Auslöseeinrichtung betätigt wird. Der Zeitraum, in dem diese Auslösung
erfolgt, ist abhängig von der Höhe der Stromstärke. Über. eine gewisse Stromstärke
hinaus ist der Thermostat nicht mehr imstande, die Wirkung des Elektromagneten aufzuheben,
so daß bei sehr großen Überströmen oder bei Kurzschlüssen eine sofortige (unverzögerte)
Auslösung erfolgt.
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Derartige Selbstschalter besitzen demnach die Eigenschaft, daß die
sog. Zeitstromkurve des Selbstschalters für große Ströme derjenigen einer Sicherung
höheren Nennstromes nahekommt. Bei kleineren Strömen kann die Zeitstromkurve derjenigen
einer Sicherung gleichen Nennstromes gleichwertig sein. In der Zeichnung ist in
Abb. r die Zeitstromkurve eines Selbstschalters mit thermischer Verzögerung zusammen
mit der Zeitstromkurve von zwei Sicherungen verschiedener Nennstromstärke dargestellt.
Mit A ist die Kurve einer Sicherung für a5 Amp. Nennstrom, mit B die Kurve einer
Sicherung für 15 Amp. Nennstrom und mit C die Kurve des Selbstschalters für 15 Amp.
Nennstrom bezeichnet. Aus dem Kurvenbild geht hervor, daß der Selbstschalter im
Gebiete geringer, langandauernder Belastungen annähernd die Charakteristik der Sicherung
von r5. Amp. Nennstrom aufweist, während bei höheren Stromstößen, die nur kurzzeitig
wirken, wie dies z. B. beim Einschalten von Metalldrahtlampen und Kurzschlußmotoren
der Fall ist, der Selbstschalter die Trägheit einer 25 Amp. Sicherung zeigt.
Bei Verwendung thermischer Verzögerungen kann demnach das sog. Übersichern von Motorstromkreisen
unterbleiben. Die Sicherung, d. h. das Absichern des Stromkreises mit Sicherungen
solcher Stärken, die beim Anlauf eines Motors nicht immer abschmelzen, wird dadurch
hinfällig, so daß der Motor bei einer dauernden Überlastung durch einen solchen
Selbstschalter wirklich geschützt ist.
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Die Erfindung geht von'derErkenntnis aus, daß für die Wirkung eines
Thermostreifens außer der Wärmemenge auch noch die Verteilung der Wärme im Streifen
oder einer Verbindung von mehreren Streifen entscheielend
ist.
Je nachdem die Haupterwärmung an verschiedenen Stellen stattfindet, wird auch die
Bewegung, die Schnelligkeit der Durchwärm- üng und Abkühlung u. dgl. geändert. Von
der Gestalt eines Streifens ist aber auch seine Kraftäußerung abhängig, und es kann
durch entsprechende Formgebung erreicht werden, daß für eine bestimmte Anordnung
die größtmöglichste Kraft erreicht wird. Die Wirkung kann nicht nur durch die Form
(Länge, Breite, Dicke) des Streifens beeinflußt werden, sondern auch durch die Art
seiner Anordnung.
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Es ist an sich bekannt, bei thermischen Selbstschaltern Bimetallstreifen
mit über ihre Länge sich veränderndem Querschnitt zu verwenden. Hierbei wird jedoch
nicht, wie nach der vorliegenden Erfindung; der Zweck verfolgt, die besondere Form
der Bimetallstreifen zur Beeinflussung der Auslösekurve bei elektromagnetischen
Selbstschaltern mit thermischer Verzögerung als thermische Verzögerungseinrichtung
zu verwenden.
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Während demnach bei den bekannten Ausführungen von thermischen Verzögerungen
stets eben nur eine auf Wärme ansprechende Vorrichtung verwendet wurde, deren Form,
Bemessung, Ausdehnung usw. hinsichtlich ihrer Wirkungen unbeachtet blieb, wird gemäß
der Erfindung durch die besondere Ausbildung des Thermostaten eine weitgehendste
Anpassung des Selbstschalters an die verschiedensten Betriebsverhältnisse und ein
entsprechender Verlauf der Zeitstromkurve ermöglicht.
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Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens sind
in der Zeichnung an Hand einiger Beispiele veranschaulicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.2 besitzt die auf Wärme ansprechende
Vorrichtung, der Bimetallstreifen i, etwa U-förmige Gestalt, wobei die Breite der
Schenkel nach ihrem Vereinigungspunkte geringer wird. Durch einen parallelen Widerstand
a ist die Wirkung des Streifens einstellbar, und zwar kann die Einstellung mittels
eines in dem Schlitz des Bimetallstreifens gleitenden Schiebers erfolgen.
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In dem Bimetallstreifen nach Abb.3 ist eine Reihe von Öffnungen 3
angeordnet, durch welche durch Einfügen eines Kurzschlußstückes ebenfalls eine bestimmte
Beeinflussung der Zeitstromkurven erzielt werden kann.
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Die weiteren Abbildungen zeigen die vorteilhafte Anordnung der erläuterten
Thermostaten in Verbindung mit dem elektromagnetischen Auslöseorgan.
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Bei der Ausführung nach Abb. q. drückt der Bimetallstreifen i mit
seinem oberen Ende fast senkrecht auf den Kopf des Ankers 4 der Auslösespule 5 und
erhält dadurch eine große Widerstandsfähigkeit gegen Stöße. Diese Widerstandskraft
wird durch ein Gegenlager 6 erhöht. Die Bimetallfeder kann in kaltetn Zustand einer
Spannung wenig nachgeben, wird aber bei Erwärmung sich aufrollen und den Ankerkopf
4 freigeben. Das Gegenlager 6 kann elastisch sein und durch eine Schraube einstellbar
gemacht werden.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.5 drückt der Bimetallstreifen i mit
seinem Ende einseitig auf den Kopf des Ankers d., so daß dieser in seiner Führung
sich leicht schräg stellt und in kaltem Zustand klemmt. Das bedeutet eine stärkere
Festhaltung in kaltem Zustand, also die Möglichkeit größerer Stoßbelastung. Werden
am Anker Rillen 7 und gegebenenfalls in der Führung kleine Vorsprünge 8 angebracht,
so wird die Festhaltung noch verstärkt.
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Nach Abb. 6 ist der Bimetallstreifen i mit einer Feder 9 verbunden,
die gleichzeitig als Stromführung zu den Schaltkontakten dient. Diese Feder kann
aus einfachem Metall bestehen, sie kann aber auch aus Bimetall hergestellt sein,
so daß sie die Wirkung des Bimetallstreifens i im kalten und warmen Zustand im gleichen
Sinne unterstützt. Ihre Verbindung mit dem Bimetallstreifen -kann an einer bestimmten
Stelle erfolgen, beispielsweise auch in der "aus Abb. 7 ersichtlichen Weise. Wie
aus Abb. 8, einem Gründriß der Abb.7, ersichtlich ist, braucht die Feder 9 mit dem
Bimetallstreifen nicht in der gleichen Ebene zu liegen, sondern beide können in
einem Winkel a beliebiger Größe angeordnet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Abb.6 ist sowohl der Bimetallstreifen i als auch die Zusatzfeder 9 in einer Tut
des Schaltergehäuses angeordnet, die evtl. mit einer wärmeisolierenden Masse ausgefüllt
werden kann.
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Nach Abb. 9 ist der Bimetallstreifen i um den Ankerkopf herumgeführt.
Die Zuleitung zu den Kontakten erfolgt durch eine mit dem Bimetallstreifen i verbundene
Feder 9; die entweder aus gewöhnlichem Federmaterial oder aus Bimetall besteht.
Im letzteren Falle hat die Feder sowohl bremsende als auch die Auslösung fördernde
Wirkung.
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Der Bimetallstreifen i gemäß Abb. 1o wirkt unmittelbar auf den Schaltmechanismus
und ist mit einem als Anker dienenden Eisenstück q. versehen, das auf dem Sperrbolzen
1q. für den unter Federspannung stehenden Schaltgriff 15 sitzt. Das Eisenstück
q. steht unter dem Einfluß der beiden gegenüberliegenden Pole des Magnetkerns 16.
Bei Erwärmung des Bimetallstreifens wird der Bolzen 1q. in der Pfeilrichtung bewegt,
wodurch der Schaltgriff i5 freigegeben wird
und die Ausschaltung
erfolgt. Bei starkem Überstrom bzw. bei Kurzschluß wird der Anker 4 durch den Magnetkern
16 ebenfalls in der Pfeilrichtung angezogen, so daß wiederum die Ausschaltung des
Schalters erfolgt. Um eine Regelung herbeiführen zu können, ist eine Regulierschraube
17 angeordnet, durch welche der Bimetallstreifen und damit der Anker verstellt werden
kann. Es ist nicht notwendig, daß der Bimetallstreifen i mit dem Anker 4 fest verbunden
ist, er kann sich vielmehr auch lose gegen den Anker legen, so daß bei elektromagnetischer
Auslösung der Bimetallstreifen nicht beansprucht wird.
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Eine ähnliche Anordnung zeigt Abb. i i, nach welcher der Bimetallstreifen
i die Sperrnase 18 trägt, so daß er bei Überstrom unmittelbar auslöst. Die Auslösung
wird noch unterstützt durch den Ankerkopf .4, der abgeschrägt ist und beim Anheben
in demselben Sinne arbeitet wie die erwärmte Feder. Wenn Außenpole angebracht sind,
ähnlich wie Abb. io, so kann auch am Bimetallstreifen noch ein Ankerstück vorgesehen
sein, daß im Sinne der erwärmten Feder mitwirkt. Die thermische Vorrichtung läßt
sich auch am Schaltstück einbauen, so daß die thermische und magnetische Vorrichtung
in ähnlicher Zusammenwirkung wie in Abb. i i eine Freiauslösung betätigen könnte.
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Bei den in den Abb. 12 und 13 dargestellten Ausführungsformen sitzt
der Anker 4. an dem Bimetallstreifen i im Drehstück fest. Der Bimetallstreifen verbindet
über 2o die Kontakte des Schalters. Am Anker 4 sitzt ein Mitnehmerstück, das den
Schaltgriff ig mit dem Schaltstück im kalten Zustand kuppelt und durch magnetische
Wirkung allein oder durch thermische Wirkung allein oder durch beide Wirkungen zusammen,
ähnlich wie nach Abb. io, entkuppelt wird.
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Der Bimetallstreifen i nach Abb. 14 trägt gleichfalls einen Anker
4 mit einer Sperrnase 18. Die Auslösung erfolgt entweder elektromagnetisch, indem
der Magnet den Anker anzieht, oder durch den Bimetallstreifen, welcher den Anker
und die Sperrnase nach abwärts drückt.
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Bei allen Ausführungen, bei denen der Bimetallstreifen auf dem Anker
ruht, muß eine Isolierung vorhanden sein, da der Bimetallstreifen ganz oder teilweise
stromdurchflossen ist. Dies kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß entweder
der Kopf des Ankers 4, wie in Abb. 15 dargestellt, aus Isoliermaterial besteht oder,
wie Abb. 16 zeigt, mit einer isolierenden Masse oder einer Isolierhaube 2z umkleidet
ist; oder es kann auch, wie aus Abb. 17 hervorgeht, das Ende des Bimetallstreifens
mit einem Isolierstück 23 versehen sein.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ist besonderer Wert darauf
gelegt, daß durch die eigenartige Ausbildung des Bimetallstreifens genügend Kühlflächen
vorhanden sind, so daß ein Wiedereinschalten auch ohne Kühlung möglich ist. Falls
dieses nicht erwünscht ist, können natürlich auch durch besondere Anordnung des
Bimetallstreifens, Einbettung in wärmeisolierende Stoffe u. dgl., beliebig lange
Pausen erreicht werden.