DE1181299B - Elektrothermische Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 21c-40/05

T16869 VIIId/21 c

30. Juni 1959

12. November 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrothermische Schaltvorrichtung mit einem ortsfesten und einem beweglichen Kontakt, deren beweglicher Kontakt durch einen Bimetallstreifen abhebbar ist, wobei der Bimetallstreifen durch die Heizwirkung von zwei zum beweglichen Kontakt führenden Strompfaden mit vorgegebenen Widerstandswerten auslenkbar ist und der eine Strompfad als federnder Träger des beweglichen Kontaktes dient.

Elektrothermische Schaltvorrichtungen der genannten Art sind bekannt. Bei ihnen dient der Bimetallstreifen einerseits als zu beheizendes Schaltglied, andererseits als Heizelement für dieses. Eine solche Anordnung kann jedoch eine außerordentlich starke thermische Überbeanspruchung des Bimetallstreifens mit sich bringen, was wiederum zu Störungen beim Arbeiten der Vorrichtung führt. Außerdem ist bei den meisten bekannten Vorrichtungen dieser Art der Bimetallstreifen unmittelbar leitend mit der Stromquelle verbunden. Bei einer solchen direkten Verbindung besteht die Gefahr, daß die elektrischen Charakteristika des Bimetallstreifens infolge der Überbeanspruchung durch den ihn ständig durchfließenden Strom geändert werden, so daß nach einer gewissen Betriebsdauer andere elektrische Leitwerte für die Funktion des Bimetallstreifens maßgeblich sind und ein einwandfreies Schalten nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrothermische Schaltvorrichtung zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich die elektrothermische Schaltvorrichtung der obengenannten Art dadurch aus, daß der aus zwei stromleitenden Heizgliedern zusammengesetzte Träger des beweglichen Kontaktes durch einen an sich bekannten, getrennt angebrachten, elektrisch isolierten und durch Konvektion und Strahlung aufheizbaren Bimetallstreifen gesteuert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat vor allem den Vorteil, daß mehrere, z. B. zwei Verbraucher, von denen nur einer dauernd eingeschaltet ist, überwacht werden können, ohne daß bei auftretender starker Überlastung der Bimetallstreifen selbst durch Stromüberhitzung gefährdet ist. Außerdem ist der Bimetallstreifen nicht unmittelbar elektrisch leitend mit der Stromquelle verbunden, so daß ein einwandfreies Arbeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet ist. Die elektrischen Kontakte sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht am Bimetallstreifen vorgesehen, was eine konstruktive Vereinfachung mit sich bringt.

Elektrothermische Schaltvorrichtung

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier
und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M.Sc,
Patentanwälte, Stuttgart S, Uhlandstr. 16

Als Erfinder benannt:
Abraham P. Wm'te, Attleboro, Mass.,
,Henry David Epstein, Cambridge, Mass.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. JuU 1958 (746 227)

Darüber hinaus bringt die elektrische Isolierung des Bimetallstreifens den Vorteil mit sich, daß hierdurch notwendigerweise die Temperatur des Bimetallstreifens bei einer aus irgendwelchen Gründen stattfindenden unzulässigen Erwärmung hinter der Temperatur mindestens eines der Heizglieder und/ oder eines Teils der durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zu schützenden Einrichtung zurückbleibt, was insofern vorteilhaft ist, als der Bimetallstreifen auch noch einige Zeit nach der Trennung der Kontakte weiter erwärmt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die auf einen großen Bereich von Kombinationen elektrischer und thermischer Parameter anspricht, ist bei goßer Betriebssicherheit einfach und billig im Aufbau und weist eine minimale Zahl von Teilen auf. Sie kann z.B. dazu verwendet werden, einen'Motor gegen Überhitzung einer oder beider Phasenwicklungen zu überwachen und zu hüten, wobei jedes der beiden Heizglieder mit einer einzigen Wicklung verbunden sein kann. Dabei kann z. B. eines der Heizglieder mit einer Wicklung, z. B. der Anlaßwicklung, des Motors und das andere mit der zweiten, z. B. der Hauptwicklung, elektrisch verbunden werden. Das heißt, durch eine einzige, kleine und handlich ausgebildete erfindungsgemäße Schaltvorrichtung können

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nicht nur eine einzelne, sondern beide Wicklungen eines Motors in Kombination gegen Störungen, wie Überlastung usw., geschützt werden. Da die Abstände zwischen dem Bimetallstreifen und den Heizgliedern innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung klein sind und dem kurzzeitig eingeschalteten Heizglied, das im Stromkreis der Anlaßwicklung liegt, eine hohe Heizleistung zugeordnet werden kann, ist eine ausreichend schnelle Abschaltung auch bei Blockieren des Motors erreichbar.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Schaltung eines Elektromotors, wobei die Schaltvorrichtung mit geschlossenen Kontakten dargestellt ist,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Schalters nach Fig. 1, wobei einzelne Teile weggebrochen sind und die Kontakte geöffnet sind,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine zweite Ausführungsform eines Schalters gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Schalters nach F i g. 4, wobei einzelne Teile weggebrochen und die Kontakte geöffnet sind,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Schalters gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Schalters nach Fig. 6, wobei einzelne Teile weggebrochen und die Kontakte geöffnet sind,

F i g. 8 einen Schnitt entsprechend F i g. 1 durch eine vierte Ausführungsform eines Schalters gemäß der Erfindung,

Fig. 9 einen Schnitt nach Linie9-9 der Fig. 8 zusammen mit einem Motorstromkreis, in den der Schalter eingebaut ist,

Fig. 10 eine Teilseitenansicht des Schalters nach Fig. 9, wobei einzelne Teile weggebrochen und die Kontakte geöffnet sind,

Fig. 11 eine Teildraufsicht auf eine Variante eines elektrisch leitenden Elements, wie es in den Ausführungsbeispielen nach F i g. 8 bis 10 oder auch in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann,

Fig. 12 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 13 einen Schnitt nach Linie 13-13 der Fig. 12,

Fig. 14 eine Seitenansicht des Schalters nach Fig. 12 und 13, wobei einzelne Teile weggebrochen und die Kontakte geöffnet sind.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ist die elektrothermische Schaltvorrichtung — oder kurz der Schalter — allgemein mit 20 bezeichnet. Dieser Schalter wird in gleicher Weise wie die später noch zu beschreibenden weiteren Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Schaltern in gut wärmeleitende Verbindung mit mindestens einem Teil einer Einrichtung gebracht, die eine Anzahl unabhängig voneinander elektrisch erwärmter Teile aufweist und die durch ihn zu schalten bzw. zu schützen ist. Bei den Ausführungsbeispielen ist eine solche Einrichtung ein Motor mit Anlaß- oder Hilfswicklung und Haupt- oder Laufwicklung.

Der Schalter 20 weist ein Gehäuse 22 auf, das durch eine hohle, rohrförmige Hülse gebildet ist, deren Ende 24 geschlossen und deren Ende 26 offen ist. Das Gehäuse 22 besteht aus einem Material von großer elektrischer und großer thermischer Leitfähigkeit. Mit dem Gehäuse 22 ist ein elektrischer Kontakt 30 mechanisch und elektrisch, beispielsweise durch eine Schweißung 28, verbunden. Ein beweglicher elektrischer Kontakt 32, der mit dem Kontakt 30 zusammenwirkt, wird von Trägern 34 und 36 getragen. Der Kontakt 32 ist mit dem Träger 34 bei 38

ίο und der Träger 34 mit dem Träger 36 bei 40 verschweißt. Beide Träger 34 und 36, auch Heizglieder genannt, bestehen aus elektrisch leitendem federndem Material, so daß sie gegenseitig verspannt sind und den beweglichen Kontakt 32 in der Schließstellung nach F i g. 1 zu halten versuchen. Die beiden Heizglieder 34 und 36 sind elektrisch von den benachbarten Teilen des Gehäuses mit Hilfe eines Isolierstückes 42 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Glasfiber, isoliert.

ao Der Schalter 20 weist ferner einen auf Wärme ansprechenden Bimetallstreifen 44 auf, der zwischen den Gliedern 34 und 36 angeordnet und gegen diese mit Hilfe eines Isolierstückes 46 aus elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Glasfiber, elektrisch isoliert ist. Der Bimetallstreifen — wie auch die Bimetallstreifen der folgenden Ausführungsformen — kann von üblicher Bauart sein und beispielsweise mindestens eine erste und zweite Schicht 48 bzw. 50 aufweisen, wobei die Schicht 48 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine niedrigere Wärmeausdehnung als die Schicht 50 hat, so daß bei Erwärmen des Bimetallstreifens sich dieser in der Richtung von der Stellung nach Fig. 1 weg in die Stellung nach F i g. 3 bewegt. Der Bimetallstreifen 44 — und im übrigen auch die der weiteren Ausführungsformen — ist elektrisch gegenüber den vorgenannten stromleitenden Heizgliedern isoliert. Dies trifft auch dann zu, wenn er in der Lage ist, elektrischen Strom zu führen und unmittelbar gegen eines der beiden Heizglieder anliegt, da er von den übrigen Strom führenden Teilen des betreffenden Stromkreises elektrisch isoliert ist.

Zwischen den benachbarten Teilen des Gehäuses 22 und dem Isolierstück 42 und gegen dieses letztere anliegend ist ein Anschlußstück 52 angeordnet, das mit dem Gehäuse beispielsweise mittels einer Schweißung 54 elektrisch verbunden ist. Die beiden Heizglieder 34 und 36 weisen jeweils eine Verlängerung auf (vgl. F i g. 1 und 3), die sich bis nach außerhalb des Gehäuses erstreckt, so daß Anschlußstücke 56 und 58 entstehen.

Der Aufbau des Schalters 20 wird durch Verschweißen des Kontaktes 30 und der Anschlußklemme 52 mit dem Gehäuse 22 begonnen. Dann wird eine aus den Gliedern 34, 36 und 44 bestehende Baugruppe dadurch gebildet, daß das letztere Glied mit dem Isolierstück 46 und das Isolierstück 42 mit den Anschlußstücken 56, 58 zusammengefügt wird. Diese Baugruppe wird dann in das Gehäuse eingesteckt und dann das Gehäuse und die in ihm befindlichen Teile am offenen Ende 26 des Gehäuses zusammengepreßt, um so die Teile in zusammengebautem Zustand fest zusammenzuhalten.

Von den beiden Heizgliedern 34 und 36 hat in gleicher Weise wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen mindestens das elektrisch mit der Anlaßwicklung des zugehörigen Motors verbundene Glied einen beträchtlichen elektrischen Widerstand. Aus der

nachfolgenden Beschreibung ergibt sich, daß das mit der Hauptwicklung des zugehörigen Motors verbundene Heizglied einen erheblichen elektrischen Widerstand haben kann, jedoch nicht unbedingt einen solchen aufzuweisen braucht.

Der in F i g. 1 dargestellte elektrische Schalter 20 ist z.B. elektrisch mit einem elektrischen Motorstromkreis in folgender Weise verbunden:

Mit 60 und 62 sind die beiden Pole einer elektrifen 44 weitergeleitete Wärme nicht aus, um diesen mit genügender Kraft gegen das Heizglied 36 und entgegen der Federspannung der Heizglieder 34 und 36 zu bewegen. Der Kontakt 32 bleibt also in Berührung mit dem Kontakt 30.

Durch das thermisch bedingte Öffnen der Kontakte 30 und 32 des Schalters 20 wird der Motor 76 bei Blockieren seines Rotors und bei Überlastung geschützt. Ein besonderer Zustand innerhalb des Be

sehen Stromquelle bezeichnet. Der Pol 60 ist über io reiches der Überlastung besteht bei Ausschalten nach eine Leitung 64 mit einem Netzschalter 66 und von einer Langzeitüberlastung. Dieser Zustand tritt dann dort mit einer Leitung 68 verbunden, die ihrerseits ein, wenn eine im wesentlichen konstante Motoran einen gemeinsamen Verbindungspunkt 70 der An- belastung dem Minimalwert entspricht, der gerade laßwicklung 72 und der Hauptwicklung 74 des Elek- ausreicht, um die Schaltvorrichtung zum Ansprechen tromotors angeschlossen ist, der als Ganzes mit 76 15 zu bringen. Wenn alle anderen veränderlichen Werte, bezeichnet ist. Die andere Seite der Anlaßwicklung wie z. B. die Außentemperatur usw., gleichbleiben,

so hat eine solche konstante Belastung bei einem Wert unterhalb dieses Minimums die Wirkung, daß die Hauptwicklung im wesentlichen ständig erwärmt

72 ist über eine Leitung 78 und einen drehzahlabhängig betätigbaren Schalter 80 mit einer Leitung 82 verbunden, die elektrisch an das Anschlußstück 58 an

geschlossen ist. Dieser Schalter 80 spricht z. B. als ao wird und diese eine konstante Dauertemperatur an-Fliehkraftschalter beim Anlassen des Motors 76 an, nimmt, die den Schalter nicht zum Ansprechen um bei einer bestimmten Drehzahl die Erregung der bringt. Bei einer konstanten Belastung, die größer als Anlaßwicklung 72 abzuschalten. Die andere Seite der
Hauptwicklung 74 ist über eine Leitung 84 mit dem

Anschlußstück 56 verbunden. Das Anschlußstück 52 ist über eine Leitung 86 mit dem anderen Pol 62 des Netzes verbunden. Es ergibt sich nun, daß bei geschlossenen Schaltern 66 und 80 und bei Berührung der Kontakte 30 und 32, d. h. in einer Stellung, wie sie üblicherweise beim Anlassen des Motors durch Schließen des Schalters 66 vorhanden ist, zwei voneinander unabhängige elektrische Stromwege vorhanden sind. Der erste dieser beiden Stromwege führt von dem Pol 60 des Netzes nacheinander durch die Anlaßwicklung 72, das Heizglied 36, die Kontakte 32 und 30, das elektrisch leitende Gehäuse 22 und das Anschlußstück 52 zum anderen Pol 62 des Netzes. Der zweite Stromweg führt vom Pol 60 nacheinander durch die Hauptwicklung 74, das Heizglied 34, die Kontakte 32 und 30, das Gehäuse 22 und die Klemme 52 zum anderen Pol 62 des Netzes. Durch Öffnen der Kontakte 30 und 32 wird sowohl die Haupt- als auch die Anlaßwicklung abgeschaltet. Der elektrische Stromkreis ist in F i g. 1 im Ruhezustand vor dem Schließen des Netzschalters 66 abgebildet, wobei dieser Schalter offen ist, der Anlaßwicklungsschalter 80 geschlossen ist oder bei Schließen des Schalters 66 geschlossen wird und die Kontakte des Schutzschalters ebenfalls geschlossen sind.

dieses Minimum ist, ergibt sich eine fortschreitende Erwärmung der Hauptwicklung, bei der der Schalter ausschaltet. Wenn die Belastung des Motors konstant ist und gerade den minimalen Anspruchwert hat, so nimmt die Hauptwicklung eine konstante Dauertemperatur an, die gerade ausreicht, den Schalter zum Ansprechen zu bringen. Gerade bei diesem zuletzt genannten stetigen Temperaturzustand ergibt sich die erwähnte Langzeitüberlastung. Es ist einleuchtend, daß für eine bestimmte Anwendung der Schalter so kalibriert wird, daß er dann anspricht, wenn die Hauptwicklung die maximal zulässige, konstante Temperatur erreicht hat. Die Größe der maximalen zulässigen konstanten Temperatur der Hauptwicklung bestimmt die Größe dieses Minimalwertes der Motorbelastung und ist bestimmt durch die maximale konstante Temperatur (üblicherweise) der Hauptwicklung, bei der ein dauernder Lauf des Motors im Einklang mit der vorgesehenen Mindestlebensdauer, beispielsweise der Isolierung der Hauptwicklungswindungen ist. Wenn der Schalter 80 richtig funktioniert, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob es sich um einen Zentrifugalschalter, ein elektromagnetisches Anlaßrelais od. dgl. handelt, so wird die Anlaßwicklung nach dem Hochlaufen des Motors abgeschaltet, und infolgedessen fließt kein elektrischer Strom mehr durch das Heizglied 36. Während der Langzeitüber-

Der Schalter 20 ist mindestens mit der Hauptwick- 50 lastung wird Wärme von der Hauptwicklung dem lung des Motors, meist auch mit der Anlaßwicklung Gehäuse 22 und von dort dem Bimetallstreifen 44 72, in gut wärmeleitender Verbindung. Dies kann zugeleitet. Der letztere erwärmt sich und biegt sich beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der
Schalter gegen die betreffende Wicklung anliegt, ihr

benachbart ist oder gegen das Endschild des Motors anliegt.

Da der elektrische Schalter zu den Wicklungen des Motors 76 in gut wärmeleitender Verbindung steht, wird die in diesen Wicklungen bei Erregung erzeugte Wärme durch das thermisch leitende Gehäuse 22 weitergeleitet, und diese Wärme wird zusammen mit der in den Heizgliedern 34 und 36 erzeugten Wärme (wenn diese von einer beträchtlichen Höhe ist) durch Konvektion und Strahlung an den Bimetallbei einer vorbestimmten Temperatur gegen das Heizglied 36 mit solcher Kraft, daß sich die Heizglieder 36 und 34 und der Kontakt 32 in die Lage nach Fig. 3 bewegen, in der die Kontakte30 und 32 die Haupt- und auch die Anlaßwicklung des Motors ausschalten.

Das Heizglied 34 kann einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen, so daß es sich nur unerheblich erwärmt, wenn der durch die Hauptwicklung fließende Strom während der Langzeitüiberlastung durch dieses Heizglied fließt. Wenn also beim Zustand der Langzeitüberlastung die Wärmeübertra-

streifen 44 weitergeleitet. Solange der Motor 76 unter 65 gungscharakteristik und andere Faktoren entspre-

Normallast oder einer kleineren Last läuft, reicht die chend sind, so funktioniert der Schalter 20 einfach

in den Motorwicklungen und in den beiden Heizglie- als Thermostat, und die beträchtliche Erwärmung

dem 34 und 36 erzeugte und an den Bimetallstrei- des Bimetallstreifens 44 ergibt sich einzig und allein

aus der von der Hauptwicklung stammenden Wärme. Andererseits kann der spezifische elektrische Widerstand und/oder der Querschnitt des elektrisch leitenden Gliedes 34 so eingestellt werden, daß das letztere einen solchen elektrischen Widerstand hat, daß sich bei Langzeitüberlastung eine frühzeitige Erwärmung des Bimetallstreifens 44 durch Wärmeübergang vom Heizglied 34 ergibt. Hierdurch ergibt sich eine solche zusätzliche Erwärmung des Bimetallstreifens, daß

bis 3 sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 sind die Heizglieder entsprechend de» Heizgliedern 34 und 36 der Fi g. 1 bis 3 durch ein einheitliches integrales Element 100 gebildet, das ein 5 umgebogenes Teilstück 102 aufweist. Der bewegliche Kontakt 104 ist bei 105 an das Element 100 angeschweißt, wodurch dieses in Heizglieder 106 bzw. 108 unterteilt wird. Das Heizglied 106 erstreckt sich von der Außenseite des Gehäuses mit dem An-

dieser die Kontakte 30 und 32 nach einer bestimmten io schlußstück 100 bis in das Innere des Gehäuses entZeit öffnet, wenn die Hauptwicklung die erwähnte lang dem umgebogenen Teilstück 102 bis zu dem maximal zulässige konstante Temperatur erreicht hat.
Dies gilt für solche Fälle, in denen diese letztere

Temperatur infolge von Faktoren, wie beispielsweise

Verbindungspunkt des Kontaktes 104 mit dem Element 100. Das Heizglied 108 erstreckt sich von dem Verbindungspunkt des beweglichen Kontaktes 104

der oben angegebenen Wärmeübergangscharakte- 15 am Element 100 zu einem biegsamen Leiterstück ristik, überschritten würde. 112. Das biegsame Leiterstück 112 ist durch Schwei-

Bei blockiertem Rotor sind sowohl die Haupt- als ßen an beiden Enden mit den betreffenden Enden auch die Anlaßwicklung erregt. Bei den meisten üb- des Gliedes 108 und an dem als Anschlußstück dielichen Motoren ist der Anstieg der Wärme in der nenden Glied 114 verbunden, das sich vom Innern Anlaßwicklung 72 infolge ihrer Auslegung für Kurz- 20 des Gehäuses nach außen erstreckt. Das Heizglied zeitbelastung viel größer als derjenige in der Haupt- 108 könnte auch aus einem einheitlichen Stück bewicklung. Dementsprechend wird zusätzlich zu der stehen, das sich bis zum Anschlußstück 114 er-Wärme, die dem Bimetallstreifen 11 durch das Heiz- streckt und dieses mit einschließt, wie dies bei dem glied 34 und die Wicklungen des Motors über das Heizglied 34 nach F i g. 1 bis 3 der Fall ist. In die-Gehäuse zugeführt wird, Wärme durch das Heizglied 35 sem Fall könnte auf das biegsame Leiterstück 112 36 zugeführt, das mit der Anlaßwicklung in Reihe verzichtet werden. Die Konstruktion nach F i g. 5 liegt und einen beträchtlichen elektrischen Wider- mit dem biegsamen Leiterstück 112 ergibt jedoch stand hat. Hieraus ergibt sich ein Biegen des Ther- den Vorteil, daß die Steifheit der kombinierten Heizmogliedes nach oben gemäß F i g. 3, so daß sich der glieder 106,108 herabgesetzt wird. Hierdurch kann Kontakt 32 vom Kontakt 30 trennt und die beiden 30 ein Bimetallstreifen verwendet werden, der nur eine Wicklungen des Motors 76 abgeschaltet werden. Die kleinere Kraft zum öffnen der Kontakte 104 und 94 Schnelligkeit des Temperaturanstieges in den Wick- im Vergleich zu der beim Bimetallstreifen 44 der lungen und besonders in der Anlaßwicklung des Mo- Fig. 1 bis 3 erforderlichen Kraft ausübt. Wenn auch tors bei blockiertem Rotor ist oft so groß, daß das der spezifische elektrische Widerstand des Materials Abschalten der Motorwicklungen innerhalb weniger 35 der beiden Heizglieder 106,108 der gleiche ist, so Sekunden stattfinden muß, um den Motor vor Scha- kann doch der elektrische Widerstand und damit die den zu bewahren. Bei blockiertem Rotor kann bei- Heizwirkung dieser beiden Heizglieder in Bezug aufspielsweise bei einer häufig angetroffenen Ausfüh- einander z. B. dadurch geändert werden, daß diese rungsform die Temperatur pro Sekunde in der An- Heizglieder jeweils entsprechend breit gemacht werlaßwicklung 72 um 30° C und in der Hauptwicklung 40 den. Der Bimetallstreifen 116 kann gleich oder ähn-74 um 3° C ansteigen. Durch Einstellung des elektri- Hch dem Element der oben beschriebenen Ausführungsform sein, jedoch hat dieser eine Schicht aus thermisch isolierendem Material 118, wie beispielsweise Glimmer, das auf ihm und zwischen dem Heiz-45 glied 106 und dem Bimetallstreifen 116 angebracht ist. Bei einem derart angeordneten, thermisch isolierenden Glied 118 ist die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs zwischen dem Heizglied 106 und dem Bimetallstreifen 116 herabgesetzt, ohne daß da-

Strom in jeder einzelnen der beiden Wicklungen ent- 50 durch die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs von sprechend getrennten Heizwirkungen unterworfen dem Heizglied 108 zum Bimetallstreifen wesentlich wird. Durch die richtige Einstellung der Parameter beeinflußt wird. Wenn eine solche Abnahme in der gemäß der Erfindung kann für einen bestimmten Wärmeübergangsgeschwindigkeit zwischen den Glie-Motor ein ausreichender Schutz für den Zustand des dem 106 und 116 nicht erwünscht oder erforderlich blockierten Rotors unter Erregung beider Wicklun- 55 ist, kann die isolierende Schicht 118 in der Ausfühgen und für den normalen Überlastzustand mit Er- rungsform nach F i g. 4 und 5 weggelassen werden, regung nur einer Wicklung erreicht werden, ohne Ferner kann der Bimetallstreifen 116 einen Ansatz daß dadurch ein zu hoher oder zu niedriger Schutz 120, der in Berührung mit dem Glied 106 ist, haben, in irgendeinem Fall auftritt. Da der Bimetallstreifen 116 elektrisch isoliert ist,

In Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungs- 60 kann der gegebenenfalls angebrachte Ansatz 120 entbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Bei dem weder aus elektrisch leitendem oder elektrisch isolie-Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 können rendem Material hergestellt werden, das Gehäuse 88, die Isolierstücke 90 und 92, der Der Schalter gemäß F i g. 4 und 5 wirkt im wesent-

stationäre Kontakt 94, die Schweißung 95 zwischen liehen in der gleichen Weise wie der Schalter nach dem Kontakt 94 und dem Gehäuse 88, das An- 65 dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem

sehen Widerstandes des Heizgliedes 36 und seines Abstandes vom Bimetallstreifen kann eine entsprechend schnelle Abschaltung des Schalters 20 erreicht werden.

Da die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges in der Anlaßwicklung wesentlich größer ist als in der Hauptwicklung, ergibt sich die Notwendigkeit, daß der Bimetallstreifen in bezug auf den elektrischen

schlußstück 96 und die Schweißung 98 zwischen dem Anschlußstück 96 und dem Gehäuse 88 gleich oder ähnlich wie die entsprechenden Teile nach Fig. 1

Unterschied, daß der Bimetallstreifen 116 weniger
Kraft ausüben muß, um die Kontakte 104 und 94 zu
trennen, wenn alle anderen Bedingungen gleich sind.

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Ferner ist die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs heitlichen Materialstreifens, aus dem beide Heizvom Heizglied 106 zum Bimetallstreifen 116 wesent- glieder bestehen. Ähnlich wie beim Ausführungslich langsamer, wenn die Isolierschicht 118 dazwi- beispiel nach F i g. 4 und 5 ist mit dem einheitlichen sehen angeordnet ist. Element 166 durch Schweißen oder sonstwie elek-

In den F i g. 6 und 7 ist eine dritte Ausführungs- 5 trisch ein beweglicher Kontakt 168 verbunden, der form gemäß der Erfindung dargestellt. Hier können mit dem stationären Kontakt 154 zusammenwirkt, die Heizglieder 122 und 124, die Schweißung 126 Das Element 166 ist U-förmig, und beide Heizgliezwischen diesen, der bewegliche Kontakt 128, die der 170 und 172 erstrecken sich von einem zugehöri-Schweißung 130 zwischen dem Kontakt 128 und gen Anschlußstück 174 bzw. 176 an der Außenseite dem Heizglied 124 und die Anschlußstücke 132,134 io des Gehäuses in das Innere des Gehäuses bis zu dem gleich oder ähnlich denen der Ausführungsform nach Verbindungspunkt der beiden Kontaktglieder mit F i g. 1 bis 3 sein. Im Gegensatz hierzu ist jedoch dem beweglichen Kontakt 168. Ein geeigneter Weg, das Gehäuse 136 aus elektrisch isolierendem, aber um den elektrischen Widerstand der Heizglieder thermisch leitendem Material hergestellt, und der 170, 172 entsprechend einzustellen, besteht in der Bimetallstreifen 138 und die Heizglieder 122 und 124 15 Breitenveränderung dieser Heizglieder, wozu das sind gegeneinander mit Hilfe eines einstückigen Tei- Heizglied 172 hier wesentlich breiter als das Heizles 140 aus Isoliermaterial isoliert, das um die Heiz- glied 170 ist. Vorteilhaft sind Heizglieder 170, 172 glieder 122, 124 und 138 vor dem Einbau herum- von gleicher Stärke, da sie aus einem einzigen, eingegossen wird, worauf diese Untergruppe am Ge- heitlichen flachen Streifen aus elektrisch leitendem häuse 136 angebracht wird. Ferner zeigt das Ausfüh- 20 Material hergestellt sind. Wenn der Ansatz 164 die rungsbeispiel nach F i g. 6 und 7 eine zweite Kon- Heizglieder 170, 172 an der in F i g. 8 bis 10 gezeigstruktion, um zwischen dem Heizglied 122 und dem ten Stelle berührt, so ist vorzugsweise der Ansatz aus Bimetallstreifen 138 eine Wärmetrennung vorzu- elektrisch isolierendem Material hergestellt, um dasehen und die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs durch die Möglichkeit auszuschließen, daß ein Teil herabzusetzen. Hierzu ist das Heizglied 124 zwischen 25 des Anlaßwicklungsstromes durch einen Nebendem Heizglied 122 und dem Bimetallstreifen 138 an- Schluß, beispielsweise über das Heizglied 172, fließt geordnet. Am Bimetallstreifen 138 kann ein Ansatz und so an dem Teil des Gliedes 170 vorbeifließt, das 142 angebracht sein, der konstruktiv und funktionell sich zwischen dem beweglichen Kontakt 168 und der dem Ansatz 120 des Ausführungsbeispiels nach Stelle erstreckt, an der der Ansatz 164 die Heizglie-F i g. 5 entspricht. Der ortsfeste Kontakt 144 wirkt 30 der berührt. Wenn der Ansatz 164 gegen das Heizmit dem beweglichen Kontakt 128 zusammen und ist glied 166 am Ende des Schlitzes oder in dessen Nähe elektrisch durch eine Schweißung 145 mit dem An- anliegt, der im letzteren zwischen den Heizgliedern schlußstück 146 verbunden, das seinerseits am Ge- 170,172 angebracht ist, so könnte dieser Ansatz aus häuse 136 befestigt ist und durch eine öffnung 148 elektrisch leitendem Material oder auch aus elekin dem letzteren bis außerhalb des Gehäuses reicht. 35 trisch isolierendem Material wie in den anderen Einer der Vorteile dieser Ausführungsform besteht Äusführungsbeispielen hergestellt sein. Das Isolierdarin, daß es wegen des aus elektrisch isolierendem stück 165 kann um die benachbarten Teile des EIe-Material bestehenden Gehäuses 136, der die einzel- ments 166 (oder um das später beschriebene EIenen Windungen der Wicklung des Motors 76 um- ment 180) und das Element 162 in zusammengebaugebenden Isolation und irgendwelcher sonstiger Iso- 40 tem Zustand herumgegossen und dann am Gehäuse lierungsmittel nicht erforderlich ist, das Gehäuse 152 angebracht und mit diesem verbunden werden, elektrisch von den Wicklungen zu isolieren. wie dies in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach

Bei den Ausführungsforrnen nach Fig. 1 bis 3 Fig. 6 und 7 beschrieben wurde, und 6, 7 muß besonders auf eine geeignete Auswahl Fig. 11 zeigt eine Variante des Elements 166,

des Materials, Formgebung der Teile und Kalibrie- 45 wie es im Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 bis 10 rung der Vorrichtung geachtet werden, um zu ge- beschrieben wurde. Das Element 180 kann gegebewährleisten, daß der durch die Gegenwirkung des nenfalls mit dem Element 166,.,' abgesehen von den Heizgliedes, z. B. 36, und die Lufträume zwischen weiter unten angeführten Merkmalen, gleich oder dem Bimetallstreifen, z. B. 44, und den Heizgliedern, ähnlich sein. Das Element 180 besteht aus zwei Heizz. B. 34, 36, verzögerte Abschaltvorgang stets noch 5° gliedern 182 bzw. 184, die jeweils aus Materialien ausreicht, um blockierte Motorenwicklungen zu geformt sind, die einen verschieden elektrischen schützen. Widerstand und/oder Breite, Dicke usw. als das

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 bis 10 andere haben, um so eine Charakteristik zu erhalten, sind das Gehäuse 152, der stationäre Kontakt 154, die im Zusammenhang mit einer bestimmten Verdie Schweißung 156 zwischen Kontakt 154 und Ge- 55 wendung erwünscht ist. Die Heizglieder 182, 184 häuse 152, das Anschlußstück 158 und die Schwei- treffen sich entlang einer Berührungslinie 186, an der ßuigl60 zwischen der letzteren und dem Gehäuse die Heizglieder 182, 184 stumpf verschweißt sein 152 gegebenenfalls gleich mit den entsprechenden können. Gegebenenfalls können, wie in Fig. 11 geTeilen der Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 3 zeigt, die Heizglieder 182, 184 elektrisch und mecha- bzw. 4 und 5. Der Bimetallstreifen 162 und der von ⁶° nisch mit dem beweglichen^ Kontakt 188 mit Hilfe ihm getragene Ansatz 164 können den Teilen des von Schweißungen 190 bzw. 192 zwischen diesem Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 und 7 entspre- Kontakt 188 und dem betreff enden Heizglied 182,184 chen. Das Teil 165 aus Isoliermaterial kann um die verbunden sein. Die Breiten der einzelnen Heizglievon ihm gehaltenen Teile herumgegossen und dann der 182, 184 brauchen nicht verschieden, müssen am Gehäuse 152 angebracht und mit diesem ver- 65 aber auch nicht gleich sein und können im Hinblick bunden werden, wie dies im Zusammenhang mit auf die Überlegungen, die die Breite der Heizglie-F i g. 6 und 7 beschrieben wurde. Dieses Ausführungs- der 170 und 172 in dem Äusführungsbeispiel nach beispiel zeigt eine zweite Form eines einzigen, ein- Fig. 8 bis 10 beeinflussen, gewählt werden, da der

elektrische Widerstand der Heizglieder 182, 184 durch Wahl der betreffenden Materialien bestimmt werden kann.

Die beiden Heizglieder aller vorbeschriebenen Ausführungsformen sind aus Federmaterial hergestellt, um so betreffende bewegliche Kontakte federnd in die Schließstellung zu bewegen. In einzelnen Fällen kann jedoch die Temperatur, auf die mindestens das vom Anlaßwicklungsstrom durchflossene Heizglied erwärmt werden muß, so hoch sein, daß durch die Erwärmung dieses Heizgliedes ein Ausglühen eintritt, wodurch die Federeigenschaften abnehmen und die Kalibrierung des Schalters verändert wird. Dies kann bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen dadurch vermieden werden, daß ein getrenntes Federglied zur Erzeugung der notwendigen Federspannung vorgesehen wird, durch die der betreffende bewegliche Kontakt in Berührung mit dem zugehörigen stationären Kontakt gehalten wird. Die Art, wie dies bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erreicht werden kann, ergibt sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 12 und 14.

In diesem Beispiel können ein fester Kontakt 194, der bei 196 am Gehäuse 198 angeschweißt ist, ein bei 202 am Gehäuse 198 angeschweißtes Anschlußstück 200 und ein Isolierstück 204 aus elektrisch isolierendem Material, das um die von ihm getragenen Heizglieder im zusammengebauten Zustand herumgegossen und mit dem Gehäuse 198 verbunden ist, gleich oder ähnlich den entsprechenden Teilen der Ausführungsform nach Fig. 8 bis 10 sein, jedoch mit dem Unterschied, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 12 bis 14 das Gehäuse 198 in bekannter Weise eine Überzugsschicht 206 ans elekirisch isolierendem, jedoch thermisch leitendem Material hat. Die Überzugsschicht 206 kann in bekannter Weise durch Eintauchen oder Spritzen aufgebracht sein.

Die Heizglieder 208, 210 des Ausführungsbeispiels nach F i g. 12 bis 14 sind in Form von Drahtwendeln vorgesehen, die jeweils an einem Ende elektrisch, beispielsweise durch Schweißen, mit einem Federglied 212 verbunden sind, während die entgegengesetzten Enden z. B. durch Schweißen elektrisch mit den Anschlußstücken 214 und 216 verbunden sind. Ein beweglicher, durch Schweißen oder sonstwie bei 220 mit dem Heizglied 212 verbundener Kontakt 218 wirkt mit einem stationären Kontakt 194 zusammen. Mindestens das Heizglied 208, das elekirisch mit der Anlaßwicklung 72 verbunden ist, und oft auch das Heizglied 210, durch das der Strom der Hauptwicklung 74 fließt, hat einen erheblichen elektrischen Widerstand zum Erhitzen des Bimetallstreifens 222. Die Heizglieder 208 und 210 sind nicht in der Lage, eine merkbare Federkraft auszuüben. Das Tragglied 212 ist aus Federmaterial hergestellt und gegen den Kontakt 218 vorgespannt.

Der Bimetallstreifen 222 gemäß Fig. 12 bis 14 ist mit einer Schicht 224 aus thermisch isolierendem ^ßo Material, wie beispielsweise Glimmer, ähnlich der Schicht 118 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 versehen. Doch erstreckt sich die Schicht 224 nur entlang eines Teiles des Bimetallstreifens 222, um so darzustellen, daß eine solche Schicht bei Verwendung in irgendeinem ■ der Ausführungsbeispiele sich nicht über die ganze- Länge des betreffenden Bimetallstreifens erstrecken muß.

Die Heizglieder 208, 210 können irgendeine Form annehmen.

Nach dem Zusammenbau und dem Verbinden des Isolierstückes 204 mit den übrigen Teilen kann der Schalter nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 bis 14 mit einer elektrischen Isolierschicht 206 versehen werden.

Eine Verzögerung zwischen dem öffnen und Schließen der Kontakte des Schalters kann bei allen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung auch dadurch erzielt werden, daß der Bimetallstreifen auf ein Temperaturdifferential anspricht, so daß er also die Kontakte des betreffenden Schalters bei einer Temperatur des Bimetallstreifens öffnet, die größer als diejenige beim Schließen dieser Kontakte ist. Dieses Merkmal kann in bekannter Weise durch die zwischen dem betreffenden Heizglied und dem Bimetallstreifen (oder dessen Ansatz) herrschende Reibung erzielt werden. Ferner kann der Bimetallstreifen, anstatt kriechend wie in den oben angeführten Ausführungsbeispielen zu arbeiten, eine an sich bekannte Schnappwirkung haben.

Beispielsweise können die Heizglieder gemäß der Erfindung aus folgenden bekannten Materialien hergestellt sein:

Elektrisches Heizmaterial aus einer hochnickelhaltigen Chromeisenlegierung, die ungefähr 79,5% Nickel, 13,0⁰Zo Chrom, 6,5% Eisen, 0,25%Mangan, 0,25% Silizium, 0,08% Kohle und 0,20% Kupfer enthält, oder aus einer Legierung, die 15 bis 16% Chrom, 59 bis 62% Nickel, ungefähr 24% Eisen und 0,1% Kohle aufweist, wenn das betreffende Heizglied einen erheblichen elektrischen Widerstand haben soll, so daß es eine Wärmewirkung auf den Bimetallstreifen ausübt, oder aus Kupfer oder Messing, wenn das betreffende Heizglied einen unbedeutenden elektrischen Widerstand haben soll. Wenn ein nicht stromführendes Federmaterial erforderlich ist (beispielsweise das Federglied 212 der Ausführungsform nach Fig. 12 bis 14), so kann dieses aus Beryllium-Kupfer, Phosphor-Bronze oder Federstahl bestehen.

Derjenige Teil des Gehäuses, der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung aus elektrisch leitendem Material besteht, kann beispielsweise aus Kupfer oder Messing hergestellt

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrothermische Schaltvorrichtung mit einem ortsfesten und einem beweglichen Kontakt, deren beweglicher Kontakt durch einen Bimetallstreifen abhebbar ist, wobei der Bimetallstreifen durch die Heizwirkung von zwei zum beweglichen Kontakt führenden Strompfaden mit vorgegebenen Widerstandswerten auslenkbar ist und der eine Strompfad als federnder Träger des beweglichen Kontaktes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der aus zwei stromleitenden Heizgliedern zusammengesetzte Träger (34, 36 bzw. 106, 108 bzw. 122, 124 bzw. 17Θ, 172 bzw. 182, 184 bzw. 208, 210, 212) des beweglichen Kontaktes (32 bzw. 104 bzw. 128 bzw. 168 bzw. 218) durch einen an sich bekannten, getrennt angebrachten, elektrisch isolierten und durch Konvektion und Strahlung aufheizbaren Bimetallstreifen (44 bzw. 116 bzw. 138 bzw. 162 bzw. 222) gesteuert wird.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen (44 bzw. 116) zwischen den beiden elektrischen Heizgliedern (34, 36 bzw. 106, 108) angeordnet ist und an dem einen Glied angreift.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen der Heizglieder (208) und mindestens einem Teil des Bimetallstreifens (222) ein Zwischenorgan (224) zur Verminderung des Wärmeüberganges zwischen den beiden Teilen angeordnet ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus elektrisch und thermisch leitendem Material bestehendes Gehäuse (22) vorgesehen ist, das in an sich bekannter Weise den stationären Kontakt (30) trägt.

5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls in einer einzigen Ebene liegenden elektrischen Heizglieder (170, 172) stoffschlüssig miteinander verbunden sind und aus einem ein-

zigen kontaktseitig verbundenen Blechstück oder -streifen bestehen.

6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrischen, in einer Ebene liegenden Heizglieder (182, 184) aus zwei separaten Stücken bestehen, die jeweils für sich mit dem beweglichen Kontakt (188) verbunden sind.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Heizglied (108) ein biegsames Teilstück (112) aufweist.

8. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Heizglied als Heizdraht (208) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 839 221, 959 837;
USA.-Patentschriften Nr. 1 901775, 2 243 563,
2272459, 2747 054, 2 832 869.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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