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Elektrische Schalteinrichtung mit Bimetallelement. Thermostatschalter, die mit einem Bimetallstreifen oder mit einer Bimetallplatte als Auslösemittel versehen werden, sind zu den verschiedensten Gebrauchszwecken bekannt. Sie werden verwendet bei Selbstschaltern zum Schutze gegen Überstrom oder Kurzschluss, bei Heizgeräten als Temperaturwächter oder z. B. auch als Auslösemittel in akustischen oder optischen Signalstromkreisen.
Eine weitgehende Anwendung haben Thermostatsohalter beispielsweise auch in Verbindung mit Relais oder Schützen gefunden; sie sind auch anzutreffen, als Auslösemittel unter anderem bei Fernschaltern.
Soweit es sich nicht um die Überwachung einer Raumtemperatur, also um die Erwärmung des Bimeta-llstreifens durch die Raumwärme selbst handelt, erfolgt die Be- heizung des Bimetallstreifens durch Strom, und zwar entweder durch unmittelbaren Stromdurchgang oder auf mittelbarem Wege über ein Heizpaket. Die bei der Erwärmung des Bimeta.llatreifens sich-einstellende Form- veränderung desselben wird zur Auslösung eines Schaltvorganges ausgenutzt.
Die unmittelbare Beheizung des Bimetallstreifens hat :den Vorteil, dass der Thermostatschalter weniger träge ist, aber der unmittelbare Stromdurchgang durch den;
Bimetallstreifen bedeutet eine Gefährdung bei hohem Überstrom oder gar gurzschluss. Die mittelbare Beheizung hat den Nachteil, dass die Wärmezufuhr auf den Bimetallstreifen schwierig ist, da bei der Wärmeübertragung sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Wärmestrahlung Verluste in. Erscheinung treten können und, dadurch der Bimetallauslöser nicht nur noch träger, sondern auch unempfindlicher wird und nicht mehr genau unter den gewollten Bedingungen anspricht.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elek- trische Schalteinrichtung mit durch Wärmestrahlung beheiztem Bimetallelement und bezweckt, die bei der Wärmeüberleitung von dem Heizdraht auf das Bimetallelement ein- tretenden Verluste -auf- ein . Geringstmass
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herabzumindern.
Zu diesem Zwecke wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, den Heizleiter mit einer Reflektorfläche mindestens teilweise zu umschliessen, die die ihr zugestrahlte Wärme an das Bimetallelenient zurückstrahlt, wobei das Bimetallelement gegenüber der Reflektorfläche und dem Heiz- leiter so angeordnet ist, dass wenigstens angenähert alle Wärmestrahlen auf das Bimetallelement auftreffen.
Sehr zweckmässig hat sich die Form einer langgestiTckten Wanne mit. parabolischem Querschnitt für den Schirm: erwiesen, in deren Brennlinie der Heizleiter angeordnet wird. Es ist aber auch die Form eines parabolischen Topfes für den Schirm möglich, wobei der entsprechend gewickelte Heizleiter iixi Brennpunkt des parabolischen Topfes angeordnet wird, dessen Deckel durch eine Bimetallplatte gebildet wird.
.Man kann aber die Schalteinrichtung auch in Form einer Röhre ausgestalten, .die mit RÜeks.tra-hlflächen versehen ist und innerhalb welcher parallel zueinander zwei von einem Nutzstrom durchflossene. Bimetallstreifen angeordnet werden, die in der Einschaltstellung beiderseits an einem ortsfesten, zwischen ihnen liegenden Kontaktstück anliegen.
Diese Röhre, gewissermassen eine spie- gelbild@liehe Verdoppelung de:s oben genannten Schirmes, besitzt dann ebenfalls eine parabolische Querschnittsform, so dass die in den Brennlinien liegenden Heizleiter, soweit sie ihre Wärme nicht unmittelbar auf die Bi- nietallstreifen ausstrahlen, die Wärme über die Rückstrahlflächen der Röhre an den Bimetallstreifen abführen.
Um die Anspreeh- charakteristik der Schalteinrichtung verändern und einstellen zu können, erhält das ortsfeste Kontaktstück, an dem die beiden von Nutzstrom durchflossenen Bimetallstrei- fen anliegen, z -eckmässig eine unrunde Anlagefläche für diese und wird drehbar gelagert. Die Erfindung lässt sich aber auch vorteilhaft bei solchen Sehalteinriehtungen anwenden, bei denen der Bimetallstreifen einschliesslich der Kontaktvorrichtung im Innern .einer völlig geschlossenen Röhre..-mit Rückstrahlflächen angeordnet ist.
Hierbei wird empfohlen,,den von dem von Nutzstrom durchflossenen Bimetallstreifen getragenen beweglichen Kontakt im Innern einer exzentrischen Ausnehmung des ortsfesten Gegenkontaktes anzuordnen, der zwei Eisenpole zwecks Verstellung des Gegenkontaktes mittels eines Daucrma.gneten aufweist. Auch hierbei lä.sst sich die Ansprechcharakteristik der Schalteinrichtung im Bedarfsfalle durch eine entsprechende Vorrichtung beliebig ändern und einstellen. Selbstverständlich ist es möglich, bei zwei oder mehr Heizleitern diese von verschiedenen. Phasen des zu überwachenden Stromes durchfliessen zu lassen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt.
F'ig. 1. und 2 zeigen in Stirnansicht bezw. ,einen Längsschnitt einer Schalteinrichtung mit wannenartigem Rückstrahlschirm; Fig. 3 zeigt eine Schalteinrichtung unter Verwendung eines parabolischen Rückstrahltopfes; Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 5 eine Draufsicht einer mit Ruhestrom arbeitenden Schalteinrichtung, bei welcher zwei Bimetallstreifen im Innern einer mit Rückstrahlflächen versehenen Röhre untergebracht sind.
Die Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 8 unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, dass hierbei der Bimeitaldstreifen einschliesslich der Kontaktvorrichtung in einer gasdicht verschlossenen Glasröhre untergebracht sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, als Schirm ein wannenartiger, langgestreekter Körper a verwendet, dessen Querschnitt, wie Fig. 1 zeigt, parabolisch ist. Der Teil a besteht z. B. aus Aluminium oder einem sonstigen Blech, welches auf der Innenseite hochglanzpoliert ist. In der Brennlinie des Parabolspiegels ist der Heizleiter b angeordnet, der also bei Verwendung der Schalt- einriehtung beispielsweise zum @\bertsrom- sehutz in den zu überwachenden Stromkreis geschaltet ist.
Die Öffnung des Parabolspiegels a wixd. fast vollständig durch den
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Bimetallstreifen o in dessen kaltem Zustand abgeschlossen. Der Bimetallstreifen c ist einseitig an einem aus Isolierstoff bestehenden Träger d befestigt, wird . also ausschliesslich durch Wärmestrahlung beheizt. Soweit nicht die Wärmestrahlen unmittelbar vom Heiz- leiter b auf den Bimetallstreifen c übergehen, sondern, wie in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet, auf die Rüekstrahlflächen des Spiegels a auftreffen, werden sie von diesem auf den Bimetallstreifen c zurückgestrahlt.
Die in gestrichelten Linien angedeutete Verbiegung des Bimetallstreifens c wird ausgenutzt, um irgendwelche Schaltvorgänge auszulösen. Der Bimetallstreifen c kann also zum Beispiel bei Selbstschaltern einen ver- rasteten Kraftspeicher auslösen, der seineir- seits die Schalteinrichtung in die Offenstellung überführt. Der Bimetallstreifen c kann aber .auch unmittelbar Schaltkontakte zum Beispiel eines Steuerstromkreises tragen. Es ist dabei gleichgültig, ob der Steuerstromkreis in kaltem Zustand des Bimeitallstreifens c geschlossen oder geöffnet ist.
Letzteres ist nur durch den jeweiligen, Anwendungszweck bedingt.
Fig. 3 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform. Sie unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 und 2 .durch die Form des Schirmes a, der bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Gestalt eines parabolischen Metalltopfes aufweist. Durch eine Öffnung e und eine gleichartige Öffnung auf der Rückseite des Metalltopfes a wird der Heizleiter-Stromkreis zu- bezw. abgeführt.
Das Bimetallelement c besitzt bei dieser Ausführungsform diel Form einer Bi- metallplatte, die gewissermassen den Deckel des Topfes a bildet und bei der als Beispiel angenommenen Ausführung den beweglichen Kontakt f des zu steuernden Stromkreises trägt. Der Abstand der Bimetallplatte c von dem Topf a ist einstellbar; die jeweils gewünschte Stellung wird durch die Klemmschraube g gesichert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 ist an einer Isolierstoffplatte h eine Röhre i aus Isolierstoff, z.
B. aus Glas, befestigt, die auf ihrer Aussen- oder Innenwandung mit einem Spiegelbelag versehen ist. Wie F'ig. 5 erkennen lässt, hat die Röhre i die Querschnittsform eines. Ovals. In den Brennlinien,dieser Röhre sind die Heizleiter b1, b2 angeordnet. An,der Grundplatte h sind zwei von Nutzstrom durchflossene- Bimetallstreifen cl, c2 befestigt. Beide Bimetall- streifen liegen an ihren obern Enden an einem Gegenkontakt j an, der drehbar gelagert ist und eine Einstellschraube 1c besitzt.
Der Heizleiter b, wird von der einen Phase S, der Heizleiter b@ von der andern Phase R des zu überwachenden Stromkreises durchflossen. Die beiden Bimetallstreifen cl, c2 liegen in einem Nutzstromkreis m, der beispielsweise von Wechselstrom gespeist wird und eine Spule n aufweist. Es. ist gefordert, dass die Spule n bei Stromanstieg in dem zu überwachenden Stromkreis enterregt wird, also die in Fig. 4 angedeuteten Unterbrechunbs- kontakte.geöffnet werden.
Die in ,den Brennlinien der Röhre z liegen. den Heizleiter b1, b2 strahlen ihre Wärme teils unmittelbar auf die Bimetallstreifen cl, e2 über und geben im übrigen ihre Wärme mittelbar über .den Spiegelbelag der Röhre i an die Bimeta#llstreifen ab. Diese erwärmen sich demzufolge, sie biegen sich in Richtung der beiden in Fig. 4 eingezeichneten Pfeile auseinander und heben sich schliesslich von dem Gegenkontakt j ab.
Dieses Abheben erfolgt um so früher, je näher sich die beidenBimetallstreifen cl, e2 mit ihren freien Enden im kalten Zustand aneinander befinden. Wird also vermittels der Einstellschraube k der Gegenkontakt j gedreht, so dass im kalten Zustand die beiden Bimetalls:
treifen c,, c2 mit ihren freien Enden entfernter voneinander liegen, so erfolgt ein späteres Abheben der Bimeta1lstreif en cl, c2 vom Gegenkontakt j. Ist es erwünscht, die Unterbrechung des Nutzstromkreises n zwischen den Bime@tall- streifen und dem Gegenkontakt j lichtbogen- frei zu erzielen, so sind Mittel genügend bekannt, um eine momentane Abschaltung zu gewährleisten.
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Während das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 mit sogenanntem Ruhestrom arbeitet, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bis 8 eine Schalteinrichtung mit sogenanntem Arbeitsstrom. DerBimetallstreifen e:: trägt an seinem freien Ende einen beweglichen Kontakt o, dem ein Gegenkontakt p in Form eines Ringes mit exzentrischer Ausnehmung r zugeordnet ist.
Der Nutzstromkreis in ist einerseits an den Bimetallstrei- fen c3, anderseits an den Gegenkontakt p angeschlossen. Die gesamte Schalteinrichtung ensehliesslich des Bimetallstreifens c3 sowie auch der beiden Heizleiter b,, b, sind in die aussen und innen mit. einem Spiegelbelag versehene Glasröhre i mit ovalem Querschnitt (Fig. 7) eingeschmolzen.
Zwecks Stromzuführung zu den Heizleitern b,, bz sind auf der Aussenseite der Röhre i Kontaktringe s, t, v, zc, vorgesehen. Die Röhre i kann demzufolge nach Art eines Steckers in eine Steckerhülse mit den Ringen s, t, r, iv, ent. ..sprechenden Gegenkontakten eingeführt werden, es kann aber auch der zu überwachende Strom mittels irgendwelcher Klemmen mit den Ringen s, t, r, zv, oder auf sonstige Art und Weise in Verbindumlg gebracht werden.
Im kalten Zustand (Fig. 6) ist der Nutzstromkreis fr2. unterbrochen. Bei Erwärmung des Bimetallstreifens c., verbiegt sich dieser, bis der bewegliche Kontakt o an den Gegenkontakt p zur Anlage kommt. und damit den Nutzstromkreis, z. B. einen Signalstromkreis oder einen Steuerstromkreis für einen Fernschalter oder dergl. schliesst.
Um eine Verstellung der Ansprechzeit der Schalteinrichtung zu ermöglichen. ist der Kontaktring 1r drehbar gelagert und mit zwei Eisenpolen :x, J versehen (vergl. besonders Fig. 8). Um den Ring p zu verstellen. bedient man sich eines Hufeisen-Dauerrnagnelen z, der in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise um den obern Teil i, der Glasröhre gelagert und bewegt wird. wobei der Ring p mitgenommen wird.
Der untere Teil i der Glasröhre besitzt, wie Fig. 7 zeigt, ova.lförmigen, der obere Teil i, hingegen kreisförmigen Querschnitt.
Die Röhre i, i, kann, wie das bekannt. ist, luftleer sein, oder sie wird mit einem inerten Gas gefüllt.
Der besondere Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht in der weitgehenden Wärmeausnutzung. Es ist durch die Einstellung des Heizleiters in der Brennlinie oder dem Brennpunkt des den Bimetallstreifen ganz oder teilweise umschliessenden Schirmes oder Belages verhütet, dass ein grosser Teil der vom Heizleiter ausgehenden Wärme nutzlos im Raum verloren geht. Es bedarf daher auch keiner besonderen Wärmeschutzmittel, die den Aufbau komplizieren und dennoch die Lebensdauer der Schalteinrichtung nicht günstig beeinflussen.