DE1208387B - Elektrischer Bimetallschnappschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21 c - 40/05

Nummer: 1208 387

Aktenzeichen: M 52665 VIII d/21 c

Anmeldetag: 28. April 1962

Auslegetag: 5. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Bimetallschnappschalter mit einem einseitig eingespannten, an seinem freien Ende den beweglichen Kontakt tragenden Bimetallstreifen, der eine längliche, sich von der Einspannung bis zum beweglichen Kontakt erstreckende, nicht abwickelbare Wölbung aufweist, die nahe der Einspannstelle von einer starren Stützplatte mit seitlichen Vorsprüngen zum Teil umfaßt ist.

Bei dem bekannten Schalter, von dem die Erfindung ausgeht, reicht die nicht abwickelbare Wölbung nicht über die ganze Breite des Streifens. Dies birgt einen zusätzlichen Widerstand beim Umschnappen des Bimetallstreifens in sich. Außerdem besitzt die Stützplatte nur sehr kurze seitliche Vorsprünge. Zwischen den Enden der Vorsprünge der Querachse tier nicht abwickelbaren Wölbung und dem Rand dieser Wölbung selbst befinden sich also bei dem bekannten Schnappschalter zwickeiförmige Flächen des Bimetallstreifens, die nicht von der Stützplatte bedeckt sind. Wenn in dem Bimetallstreifen infolge Wärmeentwicklung Spannungen entstehen, bewirken diese ein geringes Ausbiegen des Streifens, und zwar auf Grund des Vorhandenseins der nicht von der Stützplatte abgedeckten ebenen Flächen des Bimetall-Streifens. Es tritt somit zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Schaltkontakt eine erhebliche Kontaktdruckverminderung, im Grenzfall sorgar ein Kriechen auf, das unbedingt vermieden werden soll.

Es sind weiterhin Schnappschalter bekannt, die jedoch dem Erfindungsgegenstand ferner liegen. Bei diesen bekannten Schaltern greift die Stützplatte über die Hälfte der nicht abwickelbaren Wölbung. Das heißt mit anderen Worten, die Stützplatte stützt den Bimetallstreifen über die Wölbung ab, da sie auf der Wölbung selbst aufliegt.

Es ist ferner bei Schnappschaltern bekannt, als Stützplatte eine schmale Zunge zu verwenden, die bis zur Mitte der nicht abwickelbaren Wölbung reicht.

Bei diesen vom Erfindungsgegenstand weiter abliegenden Schnappschaltern, deren Bimetallstreifen eine nicht abwickelbare Wölbung kreisförmigen Umrisses aufweist, tritt vor dem Umschnappen ebenfalls eine Kontaktdruckverminderung an den Schaltkontakten auf, der durch eine entsprechend kräftige mechanische Vorspannung entgegengewirkt werden muß. Demgegenüber soll die nicht abwickelbare Wölbung des Erfindungsgegenstandes länglich sein. Die Länge des Bimetallstreifens von der Einspannstelle zum beweglichen Schaltkontakt ist üblicherweise srößer als die Breite des Streifens. Schalter Elektrischer Bimetallschnappschalter

Anmelder:

Mechanical Products, Inc.,

Jackson, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Homer Freeman Malone,
Robert William Filchak,
Jackson, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. Mai 1961 (106 701)

mit kreisförmiger Wölbung, d. h. einer Wölbung von Kugelkalottenform, können sich somit nicht von der Einspannung bis zum Schaltkontakt erstrecken, so daß Teile des Streifens übrigbleiben, die sich infolge von Thermospannungen biegen können. Dies ruft wiederum eine erhebliche Druckabnahme an den Schaltkontakten hervor. In allen Fällen handelt es sich um nicht gegabelte Stützplatten, die jedoch, wie weiterhin bekannte Schnappschalter zeigen, auf der nicht abwickelbaren Wölbung aufliegen müssen. Dies ist jedoch nachteilig, weil dadurch die Empfindlichkeit des Schalters beeinflußt wird.

Mit der Erfindung soll ein Bimetallschnappschalter der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, bei dem die dem bekannten Schnappschalter anhaftenden Nachteile vermieden werden, wobei der Schalter insbesondere so ausgebildet sein soll, daß ein leichteres Umschnappen, als es bisher möglich war, erfolgen kann, so daß die Empfindlichkeit des Schalters erhöht wird, wobei die bei den bekannten Schaltern vorhandene erhebliche Kontaktdruckverminderung unmittelbar vor dem Abschalten praktisch vermieden wird. Die mechanische Vorspannung kann also wesentlich kleiner gehalten werden, um den erforderlichen Kontaktdruck bis zum Umschnappen aufrechtzuerhalten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Wölbung in Längsrichtung in annähernd spitzen Enden ausläuft, daß die Breite der Wölbung in an

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sich bekannter Weise gleich der Breite des Bimetall Streifens ist und daß die langgestreckten, durch einen etwa V-förmigen Ausschnitt der Stützplatte gebildeten Vorsprünge das flache Einspannende des Bimetallstreifens bis nahe an die Querachse der Wölbung hin überdecken.

Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Schnappschalter beruht das Umschnappen des Bimetallstreifens nur auf inneren Spannungen der Wölbung, während bei den bekannten Schaltern noch thermische Kräfte, die außerhalb dieser Zone auftreten, erheblich einwirken. Das Umschnappen des erfindungsgemäß ausgebildeten Schalters erfolgt nur dann, wenn die Schaltkontakte noch in Berührung sind, weil der Streifen sich durch die inneren Spannungen zu biegen sucht, was von der Stützplatte verhindert wird. Anders gesagt, drückt die Stützplatte bei sich erwärmendem Bimetallstreifen in immer stärkerem Maße auf die Zone nahe der Wölbung. Beim Umschnappen von der ausgeschnappten Stellung in die Einschaltstellung tritt diese zusätzliche äußere Kraft nicht auf.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann die Wölbung durch zwei sich gegenüberliegende Kreisbögen begrenzt sein, deren Krümmung dem Länge-Breite-Verhältnis des Bimetallstreifens angepaßt ist.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispieles, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines thermoempfindlichen Einschnappkörpers im Schnitt, der wirksam innerhalb eines Motorschutzschalters eingebaut ist;

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Stützkörper und den thermoempfindlichen Körper der Fig. 1;

F i g. 3 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung der aufeinandergelegten Teile der Fig. 1;

F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen abgewandelten Motorschutz, wobei ein Teil einer äußeren isolierenden Hülse zur besseren Darstellung einer leitenden inneren Hülse entfernt ist;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt im wesentlichen nach Linie V-V der F i g. 4;

F i g. 6 zeigt einen Schnitt im wesentlichen nach Linie VI-VI in Fig. 5;

F i g. 7 zeigt eine Teildarstellung des gespannten Abschnittes des temperaturempfindlichen Körpers gemäß der Erfindung;

F i g. 8 zeigt einen Schnitt im wesentlichen nach Linie VIII-VIII der Fig. 7;

F i g. 9 zeigt einen Schnitt im wesentlichen nach Linie IX-IX der Fig. 7.

Ein temperaturempfindlicher Einschnappkörper in Form eines Bimetallstreifens 10 ist in einer beispielsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirksam mit einem Schutzgehäuse 12 verbunden. Das Gehäuse 12 besteht aus einem länglichen leitenden Außenmantel 14, in dem innen ein fester Kontakt 16 angeordnet und elektrisch mit dem Gehäuse 14 verbunden ist. Ein isolierender Endstöpsel 18, der beispielsweise aus Epoxiharz besteht, schließt das offene Ende 19 des Mantels 14 dichtend ab. Das äußere Ende 20 eines Anschlusses 22 wird von dem Stöpsel 18 gehalten, wobei dieser Anschluß 22 mit einem Zuleitungsdraht 24 elektrisch verbunden ist, der an einen Pol einer elektrischen Energiequelle angeschlossen werden kann.

Der Anschlußkörper 22 reicht in den Mantel 14 hinein und ist mit seinem inneren Endabschnitt 28 als Stützkörper ausgebildet, der mit dem einen Ende 30 des Bimetalls 10 in Druckkontakt gehalten wird. Das Bimetall 10 und das innere Ende 28 des Anschlusses 22 sind. stapelartig zwischen zwei Isolierkörpern 32 und 33 eingelegt, wobei ein Mittelabschnitt 34 des Isolierkörpers 33 durch Öffnungen 35, 36 und 37 in dem Bimetall 10, dem Anschluß 22

ίο und dem Isolierkörper 33 hindurchgeschoben wird, um den Bausatz der aufeinanderliegenden Teile zusammenzuhalten.

Ein Zuleitungsdraht 40, auf dem sich ein Anschluß 42 befindet, ist elektrisch mit dem Mantel 14 des Schalters 12 verbunden, um denselben mit dem anderen Pol einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle zu verbinden. An dem freien Endabschnitt 52 des Bimetallstreifens 10 ist, beispielsweise durch Schweißen, ein beweglicher Kontakt 50

zo befestigt, und zwar so, daß er zur Zusammenwirkung auf den festen Kontakt 16 ausgerichtet ist und mit diesem zum Schließen eines elektrischen Stromkreises durch den Schutzschalter 12 in Berührung gebracht werden kann.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist der innere Endabschnitt 28 des Endanschlusses 22 gabelförmig ausgebildet und wirkt als eine Stütz- oder Druckplatte, deren Kantenabschnitte 54 und 56 sich aus dem Zwischenraum zwischen den stapelartig ausgeschichteten Isolierkörpern 32 und 33 her bis zu Punkten erstrecken, die im wesentlichen in Querrichtung mit der kleineren Achse einer auf dem Bimetall gebildeten Prägung oder nicht abwickelbaren Oberfläche 60 fluchten, welche als eine Kalotte eines abgeflachten Sphäroids bezeichnet werden kann. Daher ist im wesentlichen der gesamte nicht geprägte Abschnitt des Bimetallkörpers 10 zwischen dem äußeren Endabschnitt 30 und dem darauf befindlichen Kontakt 50 starr gelagert.

Die Hauptsache der Prägung 60 erstreckt sich in Längsrichtung im wesentlichen über die gesamte, nicht geschützte Länge des Bimetallstreifens 10 zwischen dem Scheitel 62 des gabelförmigen Endes 28 des Anschlusses 22 und dem Kontakt 50. Ferner erstreckt sich die kleinere Achse der Prägung 60 quer über die gesamte Breite des Streifens 10 nahe den Enden der Kantenabschnitte 54 und 56. So ist im wesentlichen die gesamte, nicht gestützte Fläche des Bimetallstreifens 10 zwischen dem festen Ende 30 und dem beweglichen Kontakt 50 vorgespannt. Diese Vorspannung muß durch anfängliche Temperaturveränderungen des Bimetalls vor dessen Einschnapptätigkeit überwunden werden. Daher bewirken verhältnismäßig kleine Temperaturänderungen, die durch Stromänderungen oder Wärmeschwankungen hervorgerufen werden, lediglich eine Veränderung der Vorspannung der Wölbung und nicht etwa ein Kriechen des Bimetalls. Auf diese Weise werden nachteilige Kriechbewegungen des Bimetalls im wesentlichen ausgeschlossen.

In den F i g. 4 bis 6 ist ein abgewandelter Motorschutzschalter dargestellt, der aus einem länglichen leitenden Gehäuse 114 besteht, welches innerhalb einer Plastikhülse 115 eingeschlossen ist. Innerhalb dieses Gehäuses 114 ist ein fester Kontakt 116 angeordnet, der mit einem Anschlußband 117 elektrisch verbunden ist. Ein Endabschnitt 118 der Hülse 115 schließt ein offenes Ende 119 des Gehäuses 114

dichtend ab. Ein äußerer Endabschnitt 120 des Anschlußbandes 117 ist mit einem Zuleitungsdraht 124 elektrisch verbunden, der mit dem einen Pol einer elektrischen Energiequelle verbunden werden kann.

Wie am besten aus F i g. 5 ersichtlich, ist ein temperaturempfindlicher Bimetallstreifen 125 mit seinem einen Endabschnitt 126 zwischen einem Isolierkörper 128 und einem leitenden Körper 130 stapelartig eingelegt. Durch die Öffnungen 133, 134, 136, 138 und 139 in dem leitenden Körper 130, dem Bimetall 125, dem Isolierkörper 128, dem Anschlußband 117 und einem unteren Isolierkörper 140 a wird ein Isolierkörper 132 hindurchgeschoben, um den lageweisen Aufbau der Teile zusammenzuhalten.

Mit dem Gehäuse 114 ist ein Zuleitungsdraht 140 elektrisch verbunden, um die andere Seite dieses Gehäuses 114 mit dem anderen Pol einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) zu verbinden.

An dem freien Endabschnitt 151 des Bimetalls 125 ist, beispielsweise durch Schweißen, ein beweglicher Kontakt 150 befestigt, der so ausgerichtet ist, daß er mit dem festen Kontakt 116 in Zusammenwirkung treten kann und durch den Motorschutzschalter einen elektrischen Stromkreis schließt, der von dem Leiter 124 zu dem Anschlußband 117, dem festen Kontakt 116, dem beweglichen Kontakt 150, dem Bimetall 125, dem leitenden Körper 130, dem Gehäuse 114 und zu dem Leiter 140 führt.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist ein innerer Endabschnitt 152 des leitenden Körpers 130 gabelförmig ausgebildet und wirkt als eine Stütz- oder Druckplatte, deren äußere Randabschnitte 154 und J 56 sich auf dem Bimetall 125 entlang bis zur kleinen Achse einer Prägung oder nicht abwickelbaren Oberfläche 160 erstrecken. Die Prägung 160 kann als Kalotte eines abgeflachten Sphäroids bezeichnet werden. Daher ist im wesentlichen der gesamte nicht geprägte Abschnitt des Bimetalls zwischen dem Endabschnitt 126 und dem darauf befindlichen Kontakt 150 starr gelagert. Die Hauptachse der Prägung 160 erstreckt sich in Längsrichtung im wesentlichen über den gesamten nicht unterstützten Abschnitt des Bimetalls 125 zwischen einem Scheitel 162 des gabelförmig ausgebildeten Endabschnittes 152 des Körpers 130 und dem Kontakt 150 auf dem Bimetallstreifen 125. Ferner erstreckt sich die kleine Achse der Prägung 160 quer über die gesamte Breite des Streifens 125 nahe den Enden 152 der Kantenabschnitte 154 und 156 des leitenden Körpers 130.

Dieser Schalter entspricht in seiner Funktion des Schnappgliedes dem Schalter nach den F i g. 1 bis 3. Er unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur dadurch, daß das eingespannte Ende des Bimetallstreifens in unmittelbarem Kontakt bezüglich Wärmeleistung mit dem metallischen Gehäuse 114 steht, während der Gegenkontakt 116 von diesem Gehäuse isoliert ist.
Die Fig. 7 und 9 zeigen eine halbkugelförmige

ίο Prägung 160, die in das Bimetall durch ein Paar Formbacken 200 und 202 mit konvexen bzw. konkaven Profilen 204, 206 eingeprägt ist. Es ist zu beachten, daß nach F i g. 8 die Schnitte des Bimetalls auf der Haupt- und Nebenachse der Prägung 160 bogenförmig sind und durch die Radien 208 und 210 bestimmt sind. Es ist festgestellt worden, daß die Prägung 160 bei Ausführung in dieser Weise die günstigste Einschnappcharakteristik aufweist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Bimetallschnappschalter mit einem einseitig eingespannten und an seinem freien Ende den beweglichen Kontakt tragenden Bimetallstreifen, der eine längliche, sich von der Einspannung bis zum beweglichen Kontakt erstreckende, nicht abwickelbare Wölbung aufweist, die nahe der Einspannstelle von einer starren Stützplatte mit seitlichen Vorsprüngen zum Teil umfaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung in Längsrichtung in annähernd spitzen Enden ausläuft, daß die Breite der Wölbung (60; 160) in an sich bekannter Weise gleich der Breite des Bimetallstreifens (10; 125) ist und daß die langgestreckten, durch einen etwa V-förmigen Ausschnitt der Stützplatte (22) gebildeten Vorsprünge (54, 56; 154, 156) das flache Einspannende des Bimetallstreifens bis nahe an die Querachse der Wölbung hin überdecken.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung (60; 160) durch zwei sich gegenüberliegende Kreisbögen begrenzt ist, deren Krümmung dem Länge-Breite-Verhältnis des Bimetallstreifens (10) angepaßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 639 496, 1000094; französische Patentschrift Nr. 1251469;
USA.-Patentschriften Nr. 2 767 284, 2 820 870.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen