DE7701980U1 - Bimetallgesteuerter Schalter - Google Patents

Description

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Nürnberg, den 24. Januar 1977

Ellenberger & Poensgen GmbH, 850 3 Altdorf b.Nürnberg

Bimetallgesteuerter Schalter.

Die Erfindung betrifft einen bimetallgesteuerten Schalter für thermische Oberstromausschaltung, dessen Bimetall zusammen mit einem Kippglied federnd in einem Rahmen gelagert ist.

Derartige Schalter sind bekannt und dienen als Überstromschutzschalter, beispielsweise bei Motorschaltungen u.dgl., wobei sie die Aufgabe haben, den Stromkreis zu unterbrechen, sobald der Effektivstrom den Nennstrom um einen bestimmten Wert für eine bestimmte Zeit überschreitet. Die Ausschaltbewegung wird dabei durch Verformung eines oder mehrerer Bimetallstreifen erreicht, die durch Erwärmung dieser Streifen zustande kommt. Die Erwärmung wird dabei in der Regel durch eine Hilfswicklung erzeugt, durch die der Arbeitsstrom fließt. Derartige thermische überstromschalter sind beispielsweise im deutschen Patent 1 105 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau solcher bimetallgesteuerter Schalter möglichst zu vereinfachen und die Anzahl der Einzelteile, die den Schalter bilden, zu reduzieren.

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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Bimetall ein V-förmiges, durch unmittelbaren Stromdurchgang beheiztes Plättchen ist, zwischen dessen Schenkeln sich eine Lagerzunge befindet. Beide Schenkel sind in gleicher Richtung senkrecht zur Plättchenebene U-förmig umgebogen und tragen an ihren Enden Kontaktstücke, die sich auf Gegenkontaktstücke abstützen, die mit nach außen geführten Anschlußfahnen verbunden sind. Das Bimetall ist so laminiert, daß sich die U-Schenkel bei Erwärmung einander nähern. Das Basisstück des Plättchens ist in einem federnd abgestützten Kipplager gelagert, dessen Kippachse mit der Rahmenebene einen Winkel bildet, der groß genug ist, um das Kipplager jenseits des Totpunktes stabil in seiner Lage zu halten. Die Länge der U-Schenkel ist so bemessen, daß das Kipplager bei überschreiten des Nennstromes infolge der Verformung der Bimetallteile über den Totpunkt bewegt und dabei unter Abheben der Kontakte in die andere Lage gekippt wird.

Ein derart aufgebauter Schalter besteht demnach lediglich aus einem Rahmen, der in bekannter Weise aus Isolierstoff, etwa aus einem Duroplast oder auch aus Keramik, hergestellt wird, in den zwei federnde Lagerteile nebst Kipplager und den beschriebenen Bimetallplättchen eingesetzt sind und das zwei Kontaktstücke trägt,

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die mit nach außen geführten Anschlußfahnen verbunden sind. Der Aufbau ist dadurch gegenüber vorbekannten Schaltern extrem vereinfacht, so daß es möglich ist, solche Schalter mit sehr kleinen Abmessungen von etwa 20 χ 25 mm herzustellen. Die V-Form des als Kontaktbrücke wirkenden Bimetallplättchens ergibt für die Kontakte zum Spannpunkt des Kippstückes eine Dreipunkt-Verspannung, die einen Ausgleich der Kontaktkräfte bewirkt.

Die zwischen den V-förmig verlaufenden Schenkeln des Plättchens angeordnete Lagerzunge ist vorzugsweise mittig in einem federnden Haltestreifen gelagert, der mittels zweier U-förmiger Ausschnitte im Rahmen abgestützt ist. Auch dieses Bauteil ist höchst einfach und kann durch Stanzen leicht hergestellt werden. Bei der Montage wird es mit Hilfe seiner U-förmigen Ausschnitte einfach in den Rahmen eingeschoben und bildet dort eine Art federnde Brücke. Die durch den federnden Haltestreifen bewirkte Federlagerung bringt den Effekt mit sich, daß bei Betätigung des Schalters eine Längsverschiebung des Bimetallplättchens und damit der aufeinanderliegender. Kontakte eintritt. Hierdurch wird eine Selbstreinigung der Kontakte und somit eine Erhöhung der Schaltsicherheit bewirkt.

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Wie gesagt, sind die V-förmigen Schenkel des Bimetallplättchens senkrecht zur Plättchenebene U-förmig umgebogen. Die Schenkel tragen an ihren Enden Kontaktstücke, die auf den bereits erwähnten, elektrisch nach außen geführten Gegenkontakten aufliegen. Um eine Hubbegrenzung der Schenkel zu bewirken und einen Stützpunkt für die Rückstellbewegung zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Schenkel jenseits der Kontaktstücke Verlängerungen aufweisen, die in Anschlaglager eingreifen. Das gleiche kann aber auch dadurch bewirkt werden, daß das Kipplager zwei Arme trägt, die als Kontakthubbegrenzer bis über die Enden der U-Schenkel geführt sind. Beide Konstruktionsmaßnahmen sind etwa gleichwertig und können nach Belieben eingesetzt werden.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bimetallplättchens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lagerzunge einstückig aus dem Bimetallplättchen herausgearbeitet ist. In diesem Fall kann das Plättchen einfach durch Stanzen hergestellt werden. Es ist allerdings auch möglich, die Lagerzunge nachträglich anzulöten oder anzuschweißen, wobei sie dann aus einem thermisch indifferenten Werkstoff hergestellt werden kann.

Der vorgeschlagene Aufbau gibt ferner die Möglichkeit, das Kippglied, welches zwischen dem Basisstück des Bi-

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metallplättchen und dem Kipplager angeordnet ist, zwischen zwei Vorsprüngen des Rahmens zu zentrieren. Hierdurch wird auf einfachste Weise sichergestellt, daß das Kippglied ohne Widerstand beweglich ist, also von einer Kippstellung in die andere umkippen und andererseits doch nicht seitlich ausweichen kann.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Fig.1 einen schematischen Längsschnitt und Fig.2 eine schematische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Schalter.

Sämtliche Teile des Schalters sind in einem flachen, aus Isolierstoff bestehenden Rahmen 1 eingesetzt. Als Herzstück des Schalters befindet sich in diesem Rahmen ein Bimetallplättchen 2. Das Plättchen besteht aus dem Basisteil 3, aus dem zwei V-förmig angeordnete Schenkel 4 und 4¹ herausgearbeitet sind. Zwischen diesen Schenkeln befindet sich eine Lagerzunge 5, deren weitere Funktion und Anordnung weiter unten beschrieben wird.

Die beiden Schenkel 4 und 4¹ sind in gleicher Richtung senkrecht zur Plättchenebene U-förmig umgebogen. Die Schenkel bilden also außer dem mit 4 und 4¹ bezeichneten V-förmig verlaufenden Teil noch die Schenkelbögen 6 und

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und den sich daran anschließenden frei endenden Teil 7 und 7', der die Kontaktstücke 8 und 8' trägt. Diese Kontaktstücke stützen sich im Normalfall, d.h. also bei nicht geöffnetem Schalter, auf Gegenkontaktstücke 9 '

bzw. 9¹ (letzteres nicht dargestellt) ab, die mit nach außen geführten Anschlußfahnen 10 und 10' verbunden sind.

Fig.1 läßt erkennen, daß das Bimetallpiattchen 2 mit seinem Basisteil 3 leicht schräg in den Rahmen 1 eingesetzt ist, so daß dieses Basisteil einen kleinen spitzen Winkel mit der Ebene des Rahmens bildet. Die Lagerzunge 5 ist hierzu an ihrem freien Ende 11 verjüngt und mittig in einem blättchenförmigen federnden Lager 12 abgestützt. Das Lagerblättchen 12 ist an seinen Enden 13 und 13' U-förmig eingeschnitten und mit Hilfe dieser Einschnitte in den Rahmen 1 eingeschoben. Rahmenverjüngungen 14 und 14' stellen sicher, daß hinter dem Lager ein freier Spalt 15 verbleibt, so daß das Lager 12 sich in Richtung auf diesen Spalt federnd verformen kann, wie dies durch die gestrichelte Linie 16 angedeutet ist.

Das Basisteil 3 des Bimetallplättchens ist andererseits in einem Kipplager 17 gelagert, welches aus dem Kippteil 18 und dem ebenfalls federnden Lagerblättchen 19 besteht. Auch das Lagerblättchen 19 weist an seinen Enden 20 und 20' U-förmige Einschnitte auf, die ebenso wie die

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Enden 13 und 13" des Lagers 12 in den Rahmen eingeschoben sind. Auch an dieser Seite des Rahmens sind Rahmenverjüngungen 21 und 21' vorhanden, gegen die sich das Lagerblättchen anlegen kann und die sicherstellen, daß hinter dem Blättchen ein Spalt 2 2 verbleibt, in den das

ä Bättchen federnd ausweichen kann. Das Lagerblättchen 19

* ist über eine Zunge 23 mit dem Kippteil 18 verbunden

und stützt dieses ab.

Das Kippteil 18, welches aus Isolierstoff, etwa einem Duroplast, hergestellt ist, weist im Querschnitt die aus Fig.1 ersichtliche Doppel-V-Form auf. Das Teil ist lose und somit kippbar zwischen dem Basisteil 3 und der Zunge 23 angeordnet und es liegt bei geschlossenem Schalter derart schräg, wie dies Fig.1 erkennen läßt. Damit das Kippteil 18 nicht nach der Seite ausweichen

kann, sind in den Rahmen 1 Zentriervorsprünge 24 und 24' eingearbeitet.

Insbesondere Fig.1 läßt erkennen, daß die Kontaktstücke 8 bzw. 8¹ im Normalfall, d.h. also bei kaltem Bimetallstreifen, auf den Gegenkontaktstücken 9 bzw. 9' (letzteres nicht dargestellt) aufliegen. In diesem Zustand kann also ein Strom fließen, da der Stromkreis beispielsweise von der in Fig.2 oben dargestellten Anschlußfahne 10 über das Gegenkontaktstück 9, das Kontaktstück 8, das

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freie Ende 7, den Schenkel 4, das Basisteil 3 in den anderen Schenkel 4', von dort über das andere, in Fig.2 unten dargestellte freie Ende 7¹ sowie über die Kontaktstücke 8' und 9' der Anschlußfahne 10' geschlossen ist.

Überschreitet der durch das Bimetallstück fließende Strom den Nenrstrom, so erwärmt sich dieses und verformt sich dabei derart, daß sich die U-Schenkel 4 und 4' sowie 7 und T aufeinander zu bewegen. Diese Bewegung ist nur möglich, indem das Basisstück nach unten bewegt wird, und zwar gegen die Federkraft des Lagers 12. Bei dieser Bewegung wird der Totpunkt alsbald überschritten und das Kippteil 18 kippt in die in Fig.1 gestrichelt dargestellte Lage. Diese Lageveränderung ist nun größer als die thermische Verformung des Bimetallteils, so daß auch die freien Schenkel 7 und T in die in Fig.1 gestrichelt dargestellte Lage gebracht werden. Dabei trennen sich die Kontaktstücke 8 und 9 bzw. 8¹ und 9' voneinander, so daß der Stromkreis unterbrochen wird. Der nun fehlende Strom führt alsbald zur Abkühlung des Bimetallstückes, welches dadurch seine ursprüngliche Form wieder einnimmt.Die Schenkel spreizen sich also wieder auseinander. Dabei stützt sich der untere freie Schenkel 7 bzw. 7¹ beispielsweise mittels seiner Verlängerung 25 gegen das Anschlaglager 26, was zur Folge hat, daß das Kippteil 18 aus der gestrichelten Lage in die aus-

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gesogene Lage (Pig.1) zurückkippt. Dies bedeutet, daß sich die Kontaktstücke 8 und 9 sowie 8¹ und 9¹ wieder berühren und der Stromkreis wieder eingeschaltet wird.

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Claims (6)

Nürnberg, den 29. Sept. 1978 G 77 01 980.8 - Ellenberger & Poensgen GmbH Schutzansprüche:

1. Bimetallgesteuerter Schalter für thermische überstromausschaltung, dessen Bimetallteil zusammen mit einem Kippglied federnd in einem Rahmen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall ein V-förmiges Plättchen (2) ist, zwischen dessen Schenkeln (4,4') sich eine Lagerzunge (5) befindet, daß die beiden Schenkel (4,4') in gleicher Richtung senkrecht zur Plättchenebene U-förmig umgebogen sind und an den Enden Kontaktstücke (8,8') tragen, die sich auf Gegenkontaktstücke (9,9') abstützen, die mit nach außen geführten Anschlußfahnen (10,1O¹) verbunden sind, wobei das Bimetall so laminiert ist, daß sich die U-Schenkel bei Erwärmung einander nähern und daß das Basisstück (3) des Plättchens in einem federnd abgestützten Kipplager (17) gelagert ist, dessen Kippachse mit der Rahmenebene einen Winkel bildet, der groß genug ist, um das Kipplager jenseits des Totpunktes stabil in seiner Lage zu halten, und die Länge der U-Schenkel so bemessen ist, daß das Kipplager (17) bei überschreiten den Nennstromes über den Totpunkt bewegt und dabei unter Abheben der Kontakte (8,9 bzw. 8',9') in die andere Lage gekippt wird.

(... es folgt Anspruch 2 der Eingabe v. 10.8.19 78)

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzunge (5) mittig in einem federnden Lager (12) abgestützt ist, das mittels zweier U-förmiger Ausschnitte im Rahmen (2) festgelegt ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Schenkel (7,7') jenseits der Kontaktstücke (8,8') Verlängerungen (25) aufweisen, die in Anschlaglager (26) eingreifen.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kipplagerblättchen (19) zwei Arme trägt, die als Kontakthubbegrenzer bis über die Enden der U-Schenkel (7,7·) geführt sind.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzunge (5) einstückig aus dem Bimetallplättchen herausgearbeitet ist.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippglied (18) zwischen zwei Zentriervorsprüngen (24,24') des Rahmens (1) angeordnet ist.

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