DE3401968C2 - Überlast-Schutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überlast-Schutzschalter, insbesondere auf einen Überlast-Schutzschalter zur Verwendung bei Elektromotoren.

Ein Motorschutzschalter ist aus der DE-AS 11 26 012 bekannt. Dort gezeigt ist ein elektrischer Bimetall-Schnappschalter, der als Motorschutzschalter, insbesondere für Kleinkältema­ schinen verwendet wird. Die Auslösung des Bimetall-Schnapp­ schalters kann dort entweder aufgrund der Motortemperatur oder aufgrund des Motorstroms erfolgen. Dazu fließt der Mo­ torstrom dort noch über eine separate Heizwicklung, die bei zu großem Motorstrom den Bimetall-Schnappschalter erhitzt und so dessen Auslösung bewirkt.

Aus der GB 903,807 ist ein Überlast-Schutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Dort gezeigt ist ein Überlast-Schutzschalter mit einem ersten und einem zwei­ ten Anschlußteil. Beide Anschlußteile sind aus einem zusam­ menhängenden Streifen hergestellt und werden von einem Monta­ geblock gehalten. Dabei ragen beide Enden der jeweiligen An­ schlußteile aus dem Montageblock.

Ferner weist der Überlast-Schutzschalter gemäß der GB 903,807 ein Bimetallelement auf, das zur Erzielung einer geeigneten Selbsterwärmung bei Stromdurchfluß aus einem Material mit ei­ nem hohen spezifischen elektrischen Widerstand ausgebildet ist. Dabei ist das Bimetallelement an dem ersten Anschlußteil derart befestigt, daß es mit dem zweiten Anschlußteil in Kon­ takt steht oder nicht. Ersteres wird als erster thermischer Zustand und letzteres als zweiter thermischer Zustand be­ zeichnet.

Der Überlast-Schutzschalter gemäß der GB 903,807 ist so aus­ gebildet, daß sich das Bimetallelement bei einem zu hohen Stromdurchfluß rasch selbst erwärmt und verformt. Durch die Verformung wird dann ein Kontakt geöffnet und der Stromdurch­ fluß unterbrochen. Damit eine Fehlauslösung, beispielsweise aufgrund eines hohen Anlaufstroms oder aufgrund des kurzfri­ stigen Auftretens einer mechanischen Überlast, eines in Reihe zu dem Elektromotor geschalteten Überlast-Schutzschalters vermieden wird, ist dessen Bimetallelement so ausgelegt, daß es sich ausschließlich bei einer größeren Überlast verformt. Dauerüberlastungen von nur geringer Höhe führen aber nicht zu einer Verformung, obwohl diese gleichfalls zu einer Zerstö­ rung des Elektromotors führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Über­ last-Schutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß auf einfache Art und Weise ein effektiver Dauerüberlastschutz für Verbraucher mit hohen Ein­ schaltströmen erreicht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Genauer wird die Lösung der Aufgabe dadurch erreicht, daß auch das erste und/oder das zweite Anschlußteil zur Auslösung des Überlast-Schutzschalters herangezogen werden. So sind die Anschlußteile beispielsweise aus einem Material mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand ausgebildet, so daß eine geeignete Selbsterwärmung bei Stromdurchfluß erzielbar ist.

Dabei wird eine widerstandsfähige Konstruktion dadurch er­ reicht, daß die Anschlußteile von dem Montageblock umschlos­ sen sind.

Zudem wird die Auslösecharakteristik des Überlast-Schutz­ schalters dadurch verbessert, daß das oder die selbsterwärm­ ten Anschlußteile dem Bimetallelement räumlich so zugeordnet sind, daß sie bei geringer Überlast wesentlich zu dessen Er­ wärmung beitragen.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Strombelastung (gemessen in Ampere) und Unter­ brechungszeit (gemessen in Sekunden) für ver­ schiedene Vorrichtungen des Stands der Technik (gezeigt in durchgezogenen Linien im Schaubild) und für einen beispielhaften erfindungsgemäß konstruierten Schalter (gestrichelte Linie im Schaubild),

Fig. 2-1 eine Draufsicht eines Anschlußteils mit einem Vorsprung zum Anbringen eines festen Kon­ takts des Schalters,

Fig. 2-2, 2-3 bzw. 2-4 eine Draufsicht, Endansicht bzw. Seitenansicht eines weiteren Anschlußteils mit einem Vorsprung zum Anbringen eines Bimetall- Schalterbetätigungselements des Schalters,

Fig. 2-5 ein beispielhaftes Bimetall-Schalterbetätigungs­ element, und

Fig. 2-6, 2-8, 2-9 bzw. 2-10 einen vollständigen erfin­ dungsgemäßen Schalter in Draufsicht, erster bzw. zweiter Seitenansicht, Endansicht und Schnittan­ sicht (entlang Linie A-A in Fig. 2-6).

Die Fig. 2-1 bis 2-10 zeigen den Aufbau eines typischen erfindungsgemäßen Schutzschalters, wobei die speziellen Schalterteile in den verschiedenen Figuren mit der glei­ chen Zahl wie die entsprechende Figur, die das Teil dar­ stellt, bezeichnet sind. Die Fig. 2-1 und 2-2 zeigen ins­ besondere die Anschlußteile für das Bimetallelement und den Festkontakt, die aus rostfreiem 18/8 Nickel/Chromstahl durch Stanzen und Pressen aus einem zusammenhängenden Streifen vorteilhaft in einem kontinuierlichen, kammartigen Muster hergestellt sind. Dabei können die beiden Teile in den relativen Stellungen zueinander angeordnet sein, die sie im fertig­ gestellten Schutzschalter haben, wodurch die Formgebungs­ herstellung des synthetischen Schaltergehäuseteils 20 des Schalters erleichtert ist. Die Fig. 2-3 und 2-4 zeigen Seitenansichten des Anschlußteils gemäß Fig. 2-2 und stellen die Gestalt eines verlängerten L-förmigen Armab­ schnitts dar, in den eine Brücke eingepreßt ist, an der die Zunge eines Bimetalls 2-5 mit Schnappwirkung (nachstehend beschrieben) durch Schweißen befestigt ist. Das Teil gemäß Fig. 2-1 dient zum Anbringen des festen Kontakts des Schalters.

Fig. 2-5 zeigt eine beispielhafte Form des Bimetallelementes, die verwendet werden kann, wobei sich eine ausführlichere Beschreibung einer solchen Feder in der DE-OS 33 27 511 findet. Die Feder ist gewölbt und dadurch zwischen zwei gegenseitig gekrümmten Konfigurationen mit Schnappwirkung beweglich und im allgemeinen birnenförmig mit einem U- förmigen Ausschnitt, der eine Zunge bildet, die zum An­ bringen der Feder an dem Brückenabschnitt des in den Fig. 2-2 bis 2-4 gezeigten Anschlußteils dient, wobei das Spitzenende der Zunge an die Brücke punktgeschweißt ist. Der beweg­ liche Kontakt des Schutzschalters ist an dem engen Ende der Feder zwischen der Beugung des U-förmigen Ausschnitts und der benachbarten "Nase" angebracht, die an der Feder zum Zusammenwirken mit einem Begrenzungsanschlag 10 im Gehäuseabschnitt des Schalters zur Begrenzung der Kontakt­ öffnungsbewegung der Bimetallfeder angeformt ist. Wie in der oben erwähnten DE-OS ausführlicher beschrieben ist, laufen die seitlichen Abschnitte der Bimetallfeder auf jeder Seite der Zunge konisch zu, wie aus Fig. 2-5 ersichtlich ist, und zwar vom größeren Endab­ schnitt der Feder im Bereich des Fußendes der Zunge in Richtung des kleineren Endabschnittes der Bimetallfeder im Bereich der Beugung des U-förmigen Ausschnitts. Diese Federge­ stalt ist darin vorteilhaft, daß die birnenförmige Feder­ gestalt zusammen mit dem Dünnerwerden der äußeren Seiten­ arme in Richtung des schmaleren Endes der Feder verbesser­ te mechanische Schalteigenschaften und verbesserte Selbst­ erwärmungseigenschaften der Feder zeigen, was zu einer verbesserten Betriebsbeständigkeit führt.

Die Fig. 2-6 bis 2-10 zeigen die Anschlüsse und Trägerteile gemäß den Fig. 2-1 und 2-4 zusammengebaut mit einem unter Druck geformten Schaltergehäuseteil 20, wobei diese Bau­ einheit im Spritzgußverfahren des Gehäuseabschnitts um die Anschlüsse und Trägerteile hergestellt ist; sie zeigen jedoch nicht das am Schalter angebrachte Bimetall, obwohl in Fig. 2-6 die Außenkontur des Bimetalls in gestrichelten Linien dargestellt ist, um anzudeuten, wie dieses ange­ bracht ist. Die Konstruktion und Anordnung der Teile des Schalters ist in vielerlei Hinsicht ähnlich derjenigen des Schalter-Typs G65, der von Otter Controls Ltd. of Buxton, Derbyshire, England, hergestellt und vertrieben wird.

Bei der herkömmlichen Gestaltung des Schutzschalters gemäß dem britischen Patent Nr. 903807 war es häufig notwendig, die Vorrichtung auf eine Temperaturtoleranz von ±5°C zu kalibrieren, um die geforderten Eigenschaften an beiden Enden der Unterbrechungszeitskala genau zu erfüllen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es im allgemeinen ausreichend, die Vorrichtung zu kalibrieren, indem eine Messung der Unterbrechungszeit für einen gegebenen Strom mit einer großen Toleranzbreite vorgenommen wird. Bei herkömmlichen Vorrichtungen wirkte sich der Widerstand des Bimetalls erheblich auf die Bestimmung der Bandbrei­ te der Eigenschaften aus, und die variierenden Eigenschaften des Bimetalls verursachten bei verschiedenen Arten des Bimetalls eine Änderung des Ergebnisses. Bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung können die Anschlüsse einen grö­ ßeren Widerstand als die Bimetallfeder haben, so daß Ände­ rungen des Bimetallwiderstands eine vergleichsweise gerin­ gere Auswirkung auf die Gesamtcharakteristik des Schalters haben. Der Effekt der Widerstandserwärmung in den An­ schlüssen soll die allgemeine Umgebungstemperatur in­ nerhalb des Schutzschaltergehäuses erhöhen, was zu einer längeren Erholzeit mit geringeren Schaltzyklen während der Überlastzeit führt.

Zwei beispielhaft wie vorstehend beschrieben konstruierte Schalter hatten im Zustand geschlossener Kontakte einen Anschluß-zu-Anschlußwiderstand von 22 mOhm bzw. 40 mOhm bei entsprechenden Bimetallwiderständen (der Anteil des Bimetalls allein für den Anschluß-zu-Anschlußwider­ stand von 2 mOhm bzw. 20 mOhm). Der Schalter mit höherem Widerstand war zur Verwendung in Fällen relativ niedrigen Stroms bestimmt.

Die Verwendung von Thermoplasten beim Aufbau des Schalters zusammen mit Teilen hohen Widerstands kann theoretisch zu einer Erwärmung der Widerstandsteile führen, die ein Schmelzen des Thermoplasten verursacht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Bimetallschnapptemperaturen unter­ halb 170°C die Vorrichtung sich selbst schützt, da die in den Anschlüssen erzeugte Wärme eine Betätigung des Bimetall-Schnappelements verursacht, bevor das Nylon seine Schmelztemperatur erreicht. Die Verwendung einer gegosse­ nen Einheit erhöht die thermische Masse des Schalters und trägt zu den Vorteilen niedriger Empfindlichkeit gegenüber hohen kurzzeitigen Strömen bei. Die Vor­ richtung hat auch Vorteile beim Schutz von Motoren für große Stromnetzspannung wie z. B. Waschmaschinenmotoren mit geschalteten bzw. umschaltbaren Polen. Der Schutz­ schalter muß dem Motor erlauben, während des Hochlaufens auf Höchstdrehzahl bei annähernd Überlaststrom das maxima­ le Drehmoment zu entwickeln, wenn in der Trommel noch Wasser vorhanden ist; dies erfordert, daß der Schutzschal­ ter für ungefähr 10 s gegenüber hohen Strömen unempfind­ lich ist. Gleichzeitig muß der Schutzschalter gegen Über­ lastströme über eine längere Zeitdauer hinweg schützen, und die Widerstandsanschlußelemente erzeugen eine ausrei­ chende Wärme, um den Schalter bei niedrigeren Überlast­ strömen mit ansteigenden Windungstemperaturen auszulösen. Herkömmliche Vorrichtungen mußten für engere Temperatur­ toleranzen kalibriert werden, und es ist nun möglich, den Motor mit einem Schutzschalter zu schützen, der einen großen Bereich von Schnapp- bzw. Schalttemperaturen hat. Dies erhöht den bei der Herstellung verfügbaren Ertrag und senkt die Herstellungskosten.

Claims (8)

1. Überlast-Schutzschalter mit
einem ersten (2-2 bis 2-4) und einem zweiten (2-1) Anschluß­ teil, die aus einem zusammenhängenden Streifen hergestellt sind, von einem Montageblock gehalten werden und deren beiden Enden aus diesem ragen, und
einem Bimetallelement (2-5), das zur Erzielung einer geeigneten Selbsterwärmung bei Strom­ durchfluß aus einem Material mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand ausgebildet ist und
das an dem ersten Anschlußteil (2-2 bis 2-4) derart befestigt ist, daß es in einem ersten thermischen Zustand mit dem zwei­ ten Anschlußteil (2-1) in Kontakt steht und in einem zweiten thermischen Zustand nicht mit dem zweiten Anschlußteil (2-1) in Kontakt steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und/oder das zweite Anschlußteil zur Erzielung einer geeigneten Selbsterwärmung bei Stromdurchfluß aus einem Material mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand ausgebildet sind,
daß das erste (2-2 bis 2-4) und das zweite (2-1) Anschlußteil derart von dem Montageblock (20) umschlossen sind, daß eine widerstandsfähige Konstruktion erreicht ist, und
daß das oder die selbsterwärmten Anschlußteile (2-1 bis 2-4) dem Bimetallelement (2-5) räumlich so zugeordnet sind, daß sie bei geringer Überlast wesentlich zu dessen Erwärmung bei­ tragen.

2. Überlastschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das oder die Anschlußteile (2-1 bis 2-4) als Werkstoff mit relativ hohem Widerstand eine Nickel-Chrom-Le­ gierung oder rostfreien Stahl aufweisen.

3. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (2- 5) ein Element mit Schnappwirkung ist.

4. Überlastschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bimetallelement (2-5) eine gespannte Bimetallfeder umfaßt, die zwischen zwei gegensätzlich gewölb­ ten Konfigurationen mit einer Schnappwirkung beweglich ist, daß ein im allgemeinen U-förmiger Ausschnitt in der Bimetall­ feder eine Zunge bildet, die sich zwischen zwei Seitenästen der Bimetallfeder erstreckt, wobei die Bimetallfeder mittels der Spitze der Zunge, die an einer entsprechenden Bimetallfe­ der-Anbaustelle des Schalters befestigt ist, in den Schalter eingebaut ist, und daß ein beweglicher Kontakt des Schalters an einem Abschnitt der Bimetallfeder angebracht ist, der die beiden Seitenäste der Bimetallfeder im Bereich der Beugung des U-förmigen Ausschnitts verbindet.

5. Überlastschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bimetallfeder (2-5) im allgemeinen birnen­ förmig ist und im Bereich des Fußes der Zunge einen größeren Abschnitt und im Bereich der Spitze der Zunge einen kleineren Abschnitt hat, wobei sich der größere und kleinere Abschnitt an gegenüberliegenden Enden der zwei Seitenäste der Bimetall­ feder befinden.

6. Überlastschutzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Seitenäste der Bimetallfeder (2-5) vom grö­ ßeren Abschnitt in Richtung des kleineren Abschnitts der Bi­ metallfeder konisch zulaufen.

7. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzungsanschlag (10) im Schalter ausgebildet ist, um die Kontaktöffnungsbewe­ gung des Bimetallelements (2-5) zu begrenzen.

8. Überlastschutzschalter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in Reihe mit den Win­ dungen eines Elektromotors geschaltet ist.