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Thermostatschalter mit einer mehrere Kontakte tragenden Schnappfeder
Die Erfindung betrifft einen Thermostatschalter mit Bimetallsteuerung einer mehrere
Kontakte tragenden Schnappfeder. Es ist eine solche thermisch steuerbare Schnappfeder
bekannt, die an ihrem ortsfesten Ende mit einer Stromzuführung versehen ist und
an ihrem freien Ende eine Platte trägt, welche eine gleichzeitige, schlagartige,
mit Leerlauf arbeitende Betätigung von wenigstens zwei beweglichen Kontakten ermöglicht.
Zum Ausgleich des gegebenenfalls unterschiedlichen Abbrandes der Kontaktstücke sind
bei dieser Ausführung die beweglichen Kontaktstücke am Schnappfederende querverschiebbar
gelagert und werden durch eine über einen Federarin mit dem freien Schappfederende
verbundene Platte zur Auflage auf die beiden Gegenkontakte gebracht. Da die elektrische
Verbindung der Kontakte mit der Schnappfeder über den Federarm erfolgt, ist ihre
Anwendung für höhere Ströme, wie z. B. bei Heizwiderständen, nicht geeignet. Außerdem
muß sich dort das Blattfeder-Schnappglied bei größeren Höhenunterschieden etwa der
Kontaktstücke etwas verwinden können, um einen ausreichend gleichmäßigen Kontaktdruck
zu gewährleisten, was seine Stromtragfähigkeit begrenzt.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine durch einen Bimetallstreifen
steuerbare Schnappfeder zu schaffen, die bei wenigstens zwei gleichsinnig schaltbaren
Kontaktstücken eine gute Kontaktgabe und eine gleichzeitige, schlagartige Kontaktabtrennung
auch dann gewährleistet, wenn höhere Ströme geschaltet werden sollen, und deren
unterschiedliche Größe unterschiedliche Kontaktabbrände herbeiführt. Dabei soll
eine relativ steife Schnappfeder zur Anwendung kommen, die sich nicht zu verwinden
braucht, um sich unterschiedlichen Kontaktstückhöhen anzupassen. Mit derartigen
Schnappfedern sollen z. B. gleichzeitig je ein Heiz- und ein Ventilatorstromkreis
gesteuert werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß am freien Ende der an sich bekannten,
relativ steifen, für kleine Betätigungswege geeigneten Schnappfeder mit der Platte
eine mehrere relativ lange, parallele Arme tragende Kontaktfeder und ein die Arme
untergreifender, mit Anschlägen bis nahe an die beweglichen Kontakte reichender,
vorzugsweise mit mehreren Schenkeln versehener steifer Bügel befestigt ist, der
die schlagartige Trennung der beweglichen Kontakte mit Leerlauf herbeiführt.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Schnappfeder in an sich bekannter
Weise an ihrem freien Ende zwischen zwei Gegenlagem geführt ist, die zur Begrenzung
des Federhubes dienen, und an der Betätigungsstelle nur begrenzt eindrückbar ist.
Erfindungsgemäß ist ferner folgendes vorgesehen: Beide Gegenlager des Schnappfederendes
sind einstellbar. Der Hub an den Kontaktstellen ist größer als zwischen den Gegenlagem.
Bei Aufliegen der Schnappfeder am unteren Gegenlager sind die auf der gleichen Seite
angeordneten Gegenkontakte geschlossen. Die Einstellung des Bimetallstreifens erfolgt
durch einen Steuernocken, der unmittelbar oder über eine Hebel-Übertragung auf ihn
einwirkt. Die übertragung der Bimetallbewegungen auf die Schnappfeder erfolgt durch
einen Stift, der in an sich bekannter Weise als Stellschraube ausgebildet ist.
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Nach der neuen Ausbildung dient nun die Schnappfeder nicht selbst
als Kontaktfeder, sondern sie besitzt Verlängerungen, die separat als Kontaktfedem
hergestellt sind und dann mit der Schnappfeder verbunden werden. Die Wirkung der
neuen Einrichtung ist folgende: Die aus einem relativ steifen Material hergestellte
Schnappfeder bewirkt bei ihrer Betätigung eine schnelle, ruckartige Bewegung. Die
Schnappfeder wird an ihrem aufgeschlitzten Ende durch eine Platte zusammengezogen
und gespannt. Gleichzeitig werden die Kontaktfedern und ein starrer Bügel mit der
Platte an der Schnappfeder befestigt. Im Bereich der Platte wird die Schnappfeder
zwischen Anschlägen oder Gegenlagern im Schalter geführt, die vorteilhafterweise
aus zwei Stellschrauben bestehen, um die Abstände zur Einstellung der Schnappfedercharakteristik
nach Belieben einstellen zu können. Es wird also der Ausschlag
bzw.
der Hub der Schnappfeder an dieser Stelle begrenzt, wodurch auch der Hub an den
Enden der Kontakthebel festgelegt wird. Für die Kontaktunterbrechung bei Thermostaten
genügt z. B. im vorliegenden Fall ein geringer Abhub von etwa 0,2 mm. Der mögliche
Hub der Kontaktfedern an ihren Kontaktstellen wird aber auf Grund der Einstellung
an den Gegenlagem z. B. auf 0,6 mm festgelegt. Es bleibt also ein
Unterschied von 0,4 mm übrig zum Ausgleich einer unterschiedlichen Kontaktstückhöhe.
Diese kann z. B. dadurch eintreten, daß ein Kontaktabbrand bei der einen Kontaktfeder
bzw. dem Gegenkontakt aufgetreten ist, so daß z. B. der Kontaktabstand zwischen
dem einen Kontaktpaar um 0,1 oder 0,2 mm größer ist als bei dem anderen Kontaktpaar.
Diese 0,2 mm werden also von den in Reserve verbleibenden 0,4 mm für die Bewegung
der Kontaktfeder ausgeglichen.
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Unterhalb der Kontaktfedern ist der starre Bügel angeordnet, der so
viele Schenkel aufweist, wie Kontaktfedem vorhanden sind. Die Kontaktfedern liegen
frei an ihren Gegenkontakten an, d. h., die Anschläge an den Schenkeln des
starren Bügels sind in der Einschaltstellung in einem solchen Abstand von den Kontaktfedem
gehalten, daß die Bewegungsmöglichkeit von 0,6 mm insgesamt gewahrt bleibt.
Da nun die Schnappfeder starrer ist als die Kontaktfedem und da beim Ausschalten
die Schnappfeder eine ruckartige Bewegung ausführt, wird mit dieser ruckartigen
Bewegung auch der starre Bügel gleichzeitig und schnell bewegt, so daß die Kontaktfedem
ebenfalls gleichzeitig und schlagartig von ihren Gegenkontakten abgehoben werden,
ohne daß ein Kontakthöhenunterschied sich praktisch auf den Schaltaugenblick auswirkt
oder eine Verwindung der Schnappfeder erforderlich macht. Außerdem werden so Kontaktverschweißungen
in an sich bekannter Weise zuverlässig aufgetrennt.
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Der Auflagedruck an dem jeweiligen Gegenlager am Ende der Schnappfeder
ist also in der Ruhestellung größer als vom an den Kontakten, um eine hohe Schaltgeschwindigkeit
zu erreichen. Gleichzeitig muß diese Kraft so abgestimmt sein, daß vom an den Gegenkontakten
ein guter Kontaktdruck erzielt wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in einem Ausführungsbeispiel
in mehreren Figuren dargestellt Die Fig. 1 bis 8 zeigen zunächst die
Einrichtung bei einem Thermostatschalter, der bei dem Ausführungsbeispiel mit einem
Stufenschalter verbunden ist und durch einen Nocken am Ende der Nockenwelle des
Stufenschalters bedient wird. Dabei zeigt Fig. 1 eine Rückansicht auf den
Schalter mit Thermostat, Fig. 2 einen Teilschnitt des Schalters mit Thermostat von
der Seite, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Thermostaten, Fig. 4 die Kontaktfeder
separat in vergrößerter Darstellung, Fig. 5 den starren Bügel in vergrößerterDarstellung,
Fig. 6 die Platte der Schnappfeder in vergrößerter Darstellung, Fig.
7 eine Draufsicht auf den zusammengesetzten Hebel in vergrößerter Darstellung
und Fig. 8 einen Längsschnitt durch den zusammengesetzten Hebel in vergrößerter
Darstellung.
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Die Fig. 9 bis 15 a zeigen die Schaltbilder des Schalters
in den verschiedenen Schaltstellungen zur Veranschaulichung der Anwendung bei Heizlüftern.
Dabei zeigt Fig. 9 die Nullstellung des mit einem Stufenschalter vereinigten
Thermostatschalters, Fig. 10 ebenso wie Fig. 11 die Schaltstellung
lediglich für den Betrieb des Ventilators, Fig. 12 die Schaltstellung
»1 rechts«, wobei in einem bestimmten Bereich der Thermostatschalter, der
den Heizlüfter bei 1000 W schaltet, stufenlos verstellbar ist und der Ventilator
nur langsam läuft, Fig. 13 die, Schaltstellung »l links«, ebenfalls
für 1000 W bei schnellem Ventilatorlauf, Fig. 14 die Schaltstellung »2 rechts«,
wobei die Heizung mit 2000 W betrieben wird und der Ventilator langsam läuft bei
stufenloser Verstellbarkeit des Thermostaten, Fig. 15 die Schaltstellung
»2 links«, in der die Heizung mit 2000 W betrieben wird bei schnellem Ventilatorlauf
und ebenfalls stufenloser Thermostatverstellbarkeit, und Fig. 15a stellt die Schaltung
nach Fig. 15 dar mit geöffneten Thermostatkontakten, wobei nur der Ventilator
langsam läuft.
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Der Thermostatschalter besteht aus dem Sockel 1,
dem Bimetallstreifen2
und der Schnappfeder3 mit Kontaktfeder 4. Die Zuleitung erfolgt an der Klemme
5
und die beiden Ableitungen an den Klemmen 6, 7.
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Die Steuerung des Thermostatschalters wird durch die Nockenwelle
8 bewirkt, welche an ihrem Ende eine Nockenscheibe 9 besitzt, die
über den Hebel 11 auf den Bimetallstreifen 2 einwirkt, Im Bimetallstreifen
2 ist ein Stift 12 verstellbar eingesetzt, der entsprechend den Schaltstellungen
und dem Bimetallausschlag auf die Schnappfeder 3 drückt oder sich von dieser
wieder entfernt.
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Kommt es zur Betätigung der Schnappfeder, dann macht deren Ende 3a
etwa um den Punkt 13 der Fig. 3 eine momentartige Schwenkbewegung,
durch die auch das Kontaktfedernpaar 4 a, 4 b mitgenommen wird. Die
aufgeschlitzten Enden 3 a der Schnappfeder 3
sind durch eine
Platte 14 verspannt und miteinander verbunden, um die ruckartige Schnappwirkung
hervorzurufen. Würde man nun die Kontaktgabe mit zwei Gegenkontakten an den Enden
3 a der Schnappfeder im Bereich der Platte 14 vornehmen, dann wäre
eine gleichmäßige Kontaktgabe oder Kontaktabhebung nicht gewährleistet, insbesondere
dann nicht, wenn die Gegenkontakte durch unterschiedlichen Abbrand eine Höhendifferenz
aufweisen würden. Um einen solchen Ausgleich zu erzielen, ist an der relativ steifen
Schnappfeder 3 eine Verlängerung durch die getrennt angebrachte Kontaktfeder
4, 4 a, 4 b vorgenommen worden, welche mit der Platte 14 an der Schnappfeder
3
befestigt ist. Die beiden Federarme 4 a, 4 b sind elastischer
gehalten als die Schnappfeder und können, da sie an ihren vorderen Enden nicht verbunden
sind, auch einen Höhenunterschied der einzelnen Gegenkontakte 15, 16 ausgleichen.
Dieser Unterschied kann sich im Laufe des Betriebes des Thermostaten bei größerem
Abbrand des einen im Vergleich zum anderen Kontakt ergeben, insbesondere wenn, z.
B. wie bei Heizlüftern, der eine Kontakt den hohen Strom für die Heizwiderstände
steuert und der andere Kontakt den kleineren Motorstrom.
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In der Einschaltstellung hegt die Schnappfeder an einem unteren Gegenlager
17 an, während das obere Gegenlager 18 sich in einem geringen Abstand
von der Schnappfeder bzw. der Platte 14 befindet. Die beiden Gegenlager
17, 18, zwischen denen das Schnappfederende 3 a, 14 umschnappt,
sind als Schrauben
ausgebildet und somit einstellbar, um den Hub
für die Schnappbewegung der Schnappfeder festzulegen. Der Hub zwischen den Gegenlagem
ist natürlich kleiner als an den Stellen der Kontaktgabe zwischen den Festkontakten
und den Kontaktnieten der Kontaktfederarme 4 a, 4 b. Die Fig.
1 zeigt die Einschaltstellung des Thermostaten.
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Soll nun der Thermostat ausgeschaltet werden, dann drückt der Stift
12 auf die Schnappfeder 3, wobei das Ende der Schnappfeder 3
a nach oben gegen das Lager 18 schwenkt und dabei auch die Kontaktfederarme
4 a, 4 b mitnimmt. Da die Kontaktfederarme weicher in ihrer Elastizität
sind, werden sie nicht so gleichmäßig und schnell mitgenommen, sondern es
CD im
ist dafür ein starrer Bügel 19 vorgesehen, der ebenfalls mit
den Federn und mit der Platte 14 an der Schnappfeder 3 befestigt ist. Dieser
Bügel 19 ist, wie die Fig. 5 zeigt, ein Teil in Form eines flachen
U aus starrem Material, der mit je einem Arm 19 a,
19 b je
einen Arm 4 a, 4 b der Kontaktfeder 4 untergreift.
Der starre Bügel hebt dann mit seinen hochgebogenen Enden beide Federn praktisch
gleichzeitig schlagartig von ihren Gegenkontakten ab. Wie die Fig. 1 zeigt
ist der starre Bügel 19 in der geschlossenen Schaltstellung nicht mit den
Kontaktfederarmen 4 a und 4 b
in Berührung, da noch ein geringes
Spiel für einen Ausgleich bei auftretendem Kontaktabbrand vorhanden sein muß.
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Die Verbindung der einzelnen Teile mit der Schnappfeder erfolgt durch
Niete 20. Der Thermostat ist, wie aus Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist,
am Ende eines Schalters 21 angeordnet, was ein Stufenschalter, z. B. ein Nockenschalter,
sein kann.
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Die einzelnen Schaltstufen sind in den Schaltskizzen 9 bis
15 a dargestellt. Die Klemmen 1, 2, 3, 4 und Pl befinden sich
dabei am Stufenschalter, während die Klemmen 5, 6 und P, am Thermostaten
angebracht sind. Hierbei sind die Klemmen 5, 6 der Schaltskizzen gleich den
Klemmen 6, 7 und die Klemme P., gleich der Klemme 5 der Fig.
1 und 3. Die Schaliskizze 9 zeigt die einpolige Abschaltung
des Geräts bei Pl* Die Schaltskizzen 10 und 11 sind gleich ausgeführt,
d. h., es ist gleich, ob man den Schaltgriff nach links oder nach rechts
auf die 1-Stellung bringt. Dann ist lediglich der Motor für den Ventilator in einer
bestimmten Drehgeschwindigkeit eingeschaltet.
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Nach der Schaltskizze 12, in der der Schaltgriff auf »l rechts«
steht und in der der Thermostat entsprechend seiner Einstellung anspricht, was durch
den stufenlosen Nockenbereich des Nockens 9 ermöglicht wird, ist sowohl der
Heizwiderstand R., als auch der Motor M für langsame Drehung eingeschaltet. Der
Motor M läuft deshalb in dieser Stellung langsam, weil für ihn ein Teil der Heizwicklung
R, als Vorschaltwiderstand dient. In der Skizze ist der Widerstand R, für den Motor
etwa in der Mitte angezapft.
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Nach der Schaltskizze 13 ist der Schaltgriff auf die selbsttätige
Regulierung in der Schaltstufe »l links« eingestellt. Hier ist ebenfalls nur der
Widerstand R, für die Heizung eingeschaltet, dagegen läuft der Strom für
den Motor nicht über einen Vorwiderstand, sondem unmittelbar zum Motor, so daß derselbe
schnell läuft.
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In der Schaltskizze 14 ist die Selbstregulierstufe »2rechts« eingestellt.
In dieserStufe sindbeideWiderstände R, und R., parallel geschaltet. Es ist eine
starke Heizleistung voihanden, aber der Motor läuft langsam, da er über den Teilwiderstand
R, als Vorwiderstand gespeist wird. In der Schaltstellung »2 links« der Skizze
15 ist ebenfalls volle Heizkraft vorhanden, doch läuft der Ventilator schnell,
da sein Motor unmittelbar gespeist wird.
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In der Schaltstellung 15a ist nochmals die Schaltstellung
15 veranschaulicht, nur daß der Thermostat bei 5 und 6 abgeschaltet
ist. In diesem Fall geht der Strom von P, über den Vorwiderstand V durch den Motor
und zurück in das Netz nach Pl, d. h., die Heizwiderstände Ri und R 2 sind
durch den Thermostaten bei 6 und der Schnellauf des Motors durch den Thermostaten
bei 5 abgeschaltet. Da der Vorwiderstand den Strom des Motors herabsetzt,
wird dessen Drehzahl langsam und drückt die im Gehäuse des Heizlüfters angestaute
Wärme, welche das Bimetallglied zur Auslösung brachte, aus dem Gehäuse wieder heraus.
So kühlt sich das Bimetallglied wieder mit der gewünschten Schnelligkeit ab und
schaltet den Thermostat bei 5 und 6 wieder ein. Infolgedessen wird
auch in dem Gehäuse durch den langsamen Lauf des Motors und durch das Herausdrücken
der Stauwärme die außen vorhandene Raumluft bald wieder wirksam.