[0001] Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Niederspannungsschalter,
zum selbsttätigen Ein-, Aus- oder Umschalten elektrischer Stromkreise, beispielsweise
für den Gebläse-Antriebsmotor einer Lüftungsvorrichtung, bei dem das Schaltglied von
einer relativ zum ortsfesten Kontaktstück verlagerbaren, das bewegliche Kontaktstück
tragenden oder bildenden Thermometerfeder oder Hygrometerfeder gebildet ist.
[0002] Auf vielen Gebieten des täglichen Lebens, vornehmlich zur selbsttätigen Betriebssteuerung
von Geräten und/oder Anlagen zum Heizen, Kühlen, Lüften und Klimatisieren von Räumen
sowie zur Wärmerückgewinnung, ist es erwünscht oder sogar Bedingung, elektrische
Stromkreise selbsttätig sowie in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder
Luftfeuchte zu beeinflussen.
[0003] Zur Erfüllung der erwähnten Aufgaben ist bereits eine elektrische Realissteuervorrichtung
für einen Netzschalter vorgeschlagen, bei welcher ein Kleinspannungs-Gleichstromrelais,
z.B. mit einer Nennspannung von 12 Volt, durch mindestens einen Schaltkontakt mit
einem Niederspannungs-Wechselstromnetz, von beispielsweise 220 Volt Nennspannung,
verbindbar ist.
[0004] Hierbei liegt der Schalt-Stromkreis für das Relais über einen Kondensator und einen
Brückengleichrichter am Wechselstromnetz an, wobei zwischen dem Plus-Ausgang und dem
Minus-Ausgang des Brückengleichrichters ein weiterer Kondensator gelegen ist und ein
Transistor über seinen Kollektor und seinen Emitter in Reihe mit dem Relais an dem
Plus-Ausgang des Brückengleichrichters gelegt ist, während die Basis dieses Transistors
über den Schaltkontakt mit dem Plus-Ausgang des Brückengleichrichters verbindbar
ist, sowie der Schaltkontakt als Schaltglied eine Thermometerfeder oder eine Hygrometerfeder
aufweist.
[0005] Eine solche elektrische Relaissteuervorrichtung für einen Netzschalter hat den Vorteil,
daß sie mit relativ geringem baulichem Aufwand sowie raumsparend erstellt werden kann
und ihre Wirkungsweise praktisch nicht durch an deren elektrischen Bauelementen entstehende
Verlustwärme beeinträchtigt wird.
[0006] Eine solche Relaissteuervorrichtung macht es in der Praxis auf relativ einfache
Art und Weise möglich, beispielsweise die thermische Behaglichkeit in Wohn- und Arbeitsräumen
durch die selbsttätige Betriebssteuerung der dort installierten Geräte und/oder Anlagen
zum Heizen, Kühlen, Lüften und Klimatisieren sowie ggf. zur Wärmerückgewinnung zu
verbessern, ohne das die relative Luftfeuchte im Raum, z.B. den Wert von 50% nach
oben wesentlich überschreitet oder nach unten unter einen Wert von beispielsweise
30% absinkt.
[0007] Für den praktischen Einsatz einer elektrischen Relaissteuervorrichtung der vorstehend
erläuterten Art ist auch schon vorgeschlagen, als Schaltkontakt einen Reedkontakt
zu benutzen, sowie die das Schaltglied bildende Thermometerfeder und/oder Hygrometerfeder
mit einem Dauermagneten zu bestücken, über den der Reedkontakt mittelbar beeinflußt
wird.
[0008] Die Funktionsteile des eigentlichen Schaltkontaktes sind auf diese Art und Weise
gegen atmosphärische Einflüsse völlig abgeschirmt. Sie unterliegen also keiner Korrosion
oder der Ausbildung klebender Schmutzschichten und sind daher dauerhaft funktionsfähig,
d.h., sie sichern den ständig selbsttätigen Betrieb der elektrischen Relaissteuervorrichtung.
[0009] Während die elektrische Relaissteuervorrichtung der vorerwähnten Art für Kleinspannungs-Gleichstrombetrieb,
z.B. mit einer Nennspannung von 12 Volt, ausgelegt ist, arbeitet der hierdurch betätigbare
Netzschalter in einem Niederspannungs-Wechselstromnetz, von beispielsweise 220 Volt
Nennspannung.
[0010] Nach dem Stand der Technik werden zur selbsttätigen Betriebssteuerung von Geräten
und/oder Anlagen zum Heizen, Kühlen, Lüften und Klimatisieren von Räumen sowie auch
zur Wärmerückgewinnung also nebeneinander nicht nur zwei verschiedene Stromarten,
nämlich Gleichstrom und Wechselstrom, benutzt, sondern es wird darüberhinaus auch
noch mit zwei verschiedenen Spannungen, nämlich einerseits mit Kleinspannung und andererseits
mit Niederspannung gearbeitet.
[0011] Es liegt also auf der Hand, daß die selbsttätige Betriebssteuerung elektrischer Stromkreise
durch die dem Stand der Technik angehörenden Relaissteuervorrichtungen noch einen
technischen Aufwand in einer Größenordnung erfordert, der nicht für alle vorkommenden
Einsatzzwecke gerechtfertigt ist.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalter, insbesondere Niederspannungsschalter,
der eingangs spezifizierten Art zu schaffen, bei dem ein unmittelbar in einen Netzspannungsstromkreis,
insbesondere eines Niederspannungs-Wechselstromnetzes, gelegter Schaltkontakt unter
weitestgehender Vermeidung eines Kontaktflatterns durch das selbsttätige Schaltglied
ein-, aus- oder umgeschaltet werden kann.
[0013] Ein gattungsgemäßer Schalter, welcher diese Anforderungen mit geringem technischem
Aufwand erfüllt, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens einen Permanentmagneten
als Rückstell- und/oder Haltekraft für das bewegliche Kontaktstück, welches wiederum
der vom Schaltglied hervorgebrachten Stell- und/oder Vorspannkraft unterliegt.
[0014] Der besondere Vorteil eines elektrischen Schalters dieser Art liegt darin, daß das
bewegliche Kontaktstück von dem als Rückstell- und/oder Haltekraft wirksamen Magnetfeld
des Permanentmagneten so lange sicher in der jeweiligen Funktionsstellung gehalten
wird, bis die vom Schaltglied erzeugte Stell- und/oder Vorspannkraft einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet. Sobald dies aber der Fall ist, wird das Schaltglied vom
Permanentmagneten spontan freigegeben und damit das bewegliche Kontaktstück flatterfrei
in die andere Funktionsstellung gebracht. Der Bildung eines, insbesondere beim Öffnungsvorgang
von Schaltkontakten ausgelösten, Funkenspiels und dem hieraus resultierenden Abbrand
und/oder Zusammenschweißen der Kontakte wird daher wirksam begegnet.
[0015] Die Erfindung sieht in weiterbildender Ausgestaltung nach Anspruch 2 vor, daß das
bewegliche Kontaktstück aus ferromagnetischem Material besteht und der Permanentmagnet
dem ortsfesten Kontaktstück oder den ortsfesten Kontaktstücken zugeordnet ist, wobei
er einen Luftspaltabstand von der Kontaktebene zwischen dem ortsfesten Kontaktstück
und dem beweglichen Kontaktstück aufweist.
[0016] In diesem Falle kann beispielsweise die Thermometerfeder oder Hygrometerfeder selbst
unmittelbar das bewegliche Kontaktstück bilden, so daß sich ein baulich sehr einfach
ausgelegter Schalter, insbesondere zur unmittelbaren Anordnung in einem Niederspannungs-Wechselstromnetz
schaffen läßt.
[0017] Andererseits besteht zufolge der Erfindung, nämlich nach Anspruch 3, auch die Möglichkeit,
den Permanentmagneten am beweglichen Kontaktstück anzuordnen und die ortsfesten Kontaktstücke
aus unmagnetischem Werkstoff bestehen zu lassen, wobei ihnen zumindest ferromagnetische
Widerlager für den Permanentmagneten zugeordnet sind, die mit Luftspaltabstand hinter
der Kontaktebene zwischen dem ortsfesten Kontaktstück und dem beweglichen Kontaktstück
liegen.
[0018] Für den praktischen Einsatz hat es sich erfindungsgemäß bewährt, wenn nach Anspruch
4 die Thermometerfeder und/oder die Hygrometerfeder die Form einer Spirale hat, welche
gegenüber einem ortsfesten Kontaktteil bezüglich des von ihr zu durchlaufenden Stellweges
abstandsjustierbar angeordnet und/oder ausgebildet ist.
[0019] Der Schalter läßt sich auf diese Art und Weise nämlich sehr einfach und sicher -
natürlich innerhalb vorgegebener Grenzen - auf unterschiedliche Auslöseparameter (Themperatur,
Luftfeuchte) einstellen.
[0020] Spiralförmig gekrümmte Thermometerfedern und/oder Hygrometerfedern werden üblicherweise
für den Bau von Zeigerthermometern und Zeigerhygrometern kostengünstig verfügbar gehalten.
Es hat sich dabei gezeigt, daß der von solchen Thermometerfedern und/oder Hygrometerfedern
zwecks Verlagerung des Zeigerelementes durchlaufene Stellweg und auch die hierbei
erzeugte Stellkraft völlig zur Bildung eines Schaltgliedes ausreicht, das die Verstellung
des beweglichen Kontaktstückes eines elektrischen Schalters ermöglicht. Der von der
spiralförmig gewundenen Thermometerfeder bzw. Hygrometerfeder hervorgebrachte Stellweg
läßt sich durch die Anzahl der zwischen dem inneren und dem äußeren Federende ausgebildeten
Spiralwindungen beeinflussen, wobei der Stellweg um so größer ist, je größer die Anzahl
der Spiralwindungen gewählt wird.
[0021] Elektrische Schalter der erfindungsgemäßen Art sind bei Einbau in ein Wechselstromnetz
von 220 Volt Spannung geeignet, Leistungen von etwa 30 Watt bzw. Stromstärken bis
0,15 Ampere sicher zu beherrschen.
[0022] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Gebläsemotors
mit einem erfindungsgemäß ausgelegten Thermo- oder Hygroschalter,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schaltungsanordnung, in der jedoch jeweils ein
erfindungsgemäß ausgelegter Thermoschalter und ein erfindungsgemäß ausgelegter Hygroschalter
miteinander in Reihe liegen, während
Fig. 3 in räumlicher Darstellung die besondere bauliche Ausgestaltung eines Thermoschalters
bzw. Hygroschalters wiedergibt.
[0023] In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Stromkreis zum Betrieb eines Elektromotors 1 für
das Gebläse einer Lüftungsvorrichtung dargestellt, welcher mit einer Wechselspannung
von 220 Volt bei 50 Hertz betrieben werden kann.
[0024] Zur Ein- und Ausschaltung des Elektromotors 1 dient dabei ein Schalter 2, der von
einem ortsfesten Kontaktstück 3 und einem beweglichen Kontaktstück 4 gebildet ist.
[0025] Als Schaltglied 5 für das bewegliche Kontaktstück 4 dient dabei entweder eine Thermometerfeder
oder aber eine Hygrometerfeder bekannter Art, welche jeweils aus einem dünnen Mehrschicht-Streifen
zu einer Spirale gewickelt ist, wie das aus Fig. 3 der Zeichnung hervorgeht.
[0026] Solche Thermometerfedern und/oder Hygrometerfedern werden üblicherweise benutzt,
um ein Zeigerglied analog der Umgebungstemperatur bzw. der relativen Luftfeuchtigkeit
entlang einer Anzeigeskala eines Anzeigeinstrumentes zu verlagern. Im vorliegenden
Falle trägt die mit ihrem inneren Spiralende durch einen Zapfen oder Achsbolzen 6
od. dgl. auf einer Grundplatte bzw. einem Sockel 7 fixierte Thermometerfeder bzw.
Hygrometerfeder an ihrem äußeren Spiralende jedoch das bewegliche Kontaktstück 4,
und zwar in der Weise, daß die Thermometerfeder bzw. Hygrometerfeder jeweils das Schaltglied
für das bewegliche Kontaktstück 4 bildet und dieses dabei in Abhängigkeit von Temperatur-
bzw. Luftfeuchteänderungen selbsttätig relativ zum ortsfesten Kontaktstück 3 des Schalters
2 verlagert. Der Zapfen oder Achsbolzen 6 hat elektrische Verbindung mit dem Stromkreis,
und er steht über das Schaltglied 5 auch in leitender Verbindung mit dem hierdurch
beweglichen Kontaktstück 4.
[0027] Das von einer spiralförmig gewickelten Thermometerfeder gebildete Schaltglied 5
kann beispielsweise so ausgelegt werden, daß es das von ihm getragene, bewegliche
Kontaktstück 4 dem ortsfesten Kontaktstück 3 bei absinkender Umgebungstemperatur allmählich
annähert und es hieran beim Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur, beispielsweise
von 15°C, anlegt.
[0028] Wird das spiralförmig gewickelte Schaltglied 5 von einer Hygrometerfeder gebildet,
dann kann der Schalter 2 so ausgelegt werden, daß sich das bewegliche Kontaktstück
4 mit steigender, relativer Luftfeuchtigkeit dem ortsfesten Kontaktstück 3 nähert
und sich an dieses anlegt, sobald die Luftfeuchtigkeit der Umgebung einen vorgegebenen
Wert, z.B. von 50%, überschreitet.
[0029] In jedem Falle wird angestrebt, daß der bewegliche Schaltkontakt 4 relativ zum ortsfesten
Schaltkontakt 3 über einen bestimmten Abstandsspalt hinweg mit einer spontanen Bewegung
geschlossen und auch geöffnet wird, obwohl sich die Spannung des als Thermometerfeder
oder Hygrometerfeder ausgeführten Schaltgliedes 5 infolge von Temperatur- bzw. Luftfeuchteschwankungen
nur allmählich ändert.
[0030] Um eine solche spontane Schaltwirkung zu erreichen, ist dem Schalter 2 nach den Fig.
1 und 3 als Rückstell- und/oder Haltekraft mindestens ein Permanentmagnet 8 zugeordnet,
während das bewegliche Kontaktstück 4 bzw. das dieses tragende Schaltglied 5 aus ferromagnetischem
Material besteht.
[0031] Das Magnetfeld der Permanentmagneten 8 ist dabei so stark bemessen, daß es das bewegliche
Kontaktstück 4 unter Überwindung der vom Schaltglied 5 ausgeübten Federkraft spontan
anzieht, sobald dieses in seiner allmählichen Bewegung auf einen vorgegebenen Minimalabstand
an das ortsfeste Kontaktstück 3 herangekommen ist. Andererseits hebt sich das bewegliche
Kontaktstück 4 vom ortsfesten Kontaktstück 3 entgegen der Haltekraft des Magnetfeldes
erst wieder spontan ab, wenn die Federvorspannung des Schaltgliedes 5 sich so erhöht
hat, daß sie größer ist, als die vom Permanentmagneten 8 erzeugte Haltekraft.
[0032] Durch die Zuordnung des Permanentmagneten 8 zu dem aus dem beweglichen Kontaktstück
4 und dem ortsfesten Kontaktstück 3 bestehenden Schalter 2 kann auf einfache Art und
Weise einem Flattern bzw. Prellen des beweglichen Kontaktstücks 4 relativ zum ortsfesten
Kontaktstück 3 entgegengewirkt werden.
[0033] Da hierdurch die Bildung eines Funkenspiels zwischen den zusammenwirkenden Kontaktflächen
unterbunden wird, läßt sich ein Abbrand und/oder Zusammenschweißen der Kontaktstücke
3 und 4 des Schalters 2 vermeiden.
[0034] Wichtig für eine dauerhaft einwandfreie Funktion des Schalters 2 ist dabei aber,
daß bei mit dem ortsfesten Kontakt 3 in Berührung stehendem beweglichen Kontaktstück
4 immer ein offener Luftspalt zwischen dem beweglichen Kontaktstück 4 und dem Permanentmagneten
8 erhalten bleibt, über den hinweg die Magnetkraft wirkt.
[0035] Während nach Fig. 3 der Zeichnung der Permanentmagnet 8 dem ortsfesten Kontaktstück
zugeordnet ist, und das bewegliche Kontaktstück 4 aus ferronagnetischem Material
besteht, wäre es auch denkbar, eine umgekehrte Anordnung zu treffen, also den Permanentmagneten
mit dem beweglichen Kontaktstück 4 zu verbinden und das ortsfeste Kontaktstück 3 aus
unmagnetischem Stoff bestehen zu lassen wobei ihm ein ferromagnetisches Widerlager
für den Permanentmagneten 8 zugeordnet ist.
[0036] Bewährt hat sich eine Ausbildung des Schalters 2, bei welcher das ortsfeste Kontaktstück
3 gemäß Fig. 3 aus einem Bügel besteht, der mit seinen beiden Schenkeln 9 und 10 mit
Abstand von der äußeren Spiralwindung des Schaltgliedes 5 auf einer Platte bzw. einem
Sockel 7 sitzt, während sein Steg 11 sekantial zum Schaltglied 5 verläuft und mit
Abstand über dessen Oberseite hinweggeführt ist. Der Bügel bzw. das Kontaktstück 3
kann so mit einer Umhüllung aus Isoliermaterial versehen werden, daß nur der mit dem
beweglichen Kontaktstück 4 zusammenwirkende Schenkel 9 freiliegt. Der Steg 11 verhindert
dann wirksam ein unerwünschtes Hochsteigen des Schaltgliedes 5 auf den Achsbolzen
oder Zapfen 6. Der Permanentmagnet 8 ist dem Schenkel 9 des Kontaktstücks 3 so zugeordnet,
daß zwischen ihm und dem beweglichen Kontaktstück 4 auch dann ein Luftspalt erhalten
bleibt, wenn das bewegliche Kontaktstück 4 gegen den Schenkel 9 des ortsfesten Kontaktstücks
3 angelegt ist.
[0037] Das bewegliche Kontaktstück 4 kann in diesem Falle einfach dadurch gebildet werden,
daß das äußere Ende der das Schaltglied 5 bildenden Spirale eine radiale Abbiegung
erhält, welche relativ zu den beiden Bügelschenkeln 9 und 10 des ortsfesten Kontaktstücks
3 selbsttätig abstandsveränderbar gehalten ist.
[0038] Durch Winkeldrehung des zur Befestigung des inneren Spiralendes dienenden Achsbolzens
oder Zapfens 6 relativ zur Grundplatte bzw. zum Sockel 7 läßt sich die Grundstellung
des beweglichen Kontaktstückes 4 gegenüber dem ortsfesten Kontaktstück 3 entsprechend
den unterschiedlichen Bedürfnissen problemlos einstellen, so daß innerhalb gewisser
Grenzen eine Variation der Ansprechparameter des Schalters 2 ermöglicht wird.
[0039] Während bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 nur ein Schalter 2 zum An- und Abschalten
des Elektromotors 1 vorgesehen ist, der entweder als Thermoschalter oder als Hygroschalter
ausgelegt werden kann, sind gemäß Fig. 2 zwei selbsttätig arbeitende Schalter 2 und
12 der aus Fig. 3 ersichtlichen Bauart miteinander in Reihe gelegt. Nur dann, wenn
beide Schalter 2 und 12 mit ihrem beweglichen Schaltkontakt 4 bzw. 14 am ortsfesten
Schaltkontakt 3 bzw. 13 anliegen, ist hier der Stromkreis für den Elektromotor 1
geschlossen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, beispielsweise den Schalter 2 als
Thermoschalter und den Schalter 12 als Hygroschalter auszulegen, wobei jeder derselben
so eingestellt werden kann, daß er nur beim Vorliegen bestimmter Umgebungsparameter
aus seiner Öffnungslage in die Schließstellung geht. Besonders bewährt es sich in
diesem Falle, wenn die Permanentmagnete 8 und 18 den Schaltern 2 und 12 jeweils so
zugeordnet sind, daß sie das bewegliche Kontaktstück 4 bzw. 14 und das dieses tragende
Schaltglied 5 bzw. 15 in Richtung auf das ortsfeste Kontaktstück 3 bzw. 13 zu beeinflussen.
[0040] Elektrische Schalter 2 und 12 der vorstehend beschriebenen Art können als selbsttätige
Thermoschalter oder Hygroschalter in Stromkreisen verwendet werden, die mit einem
Niederspannungs-Wechselstromnetz in Verbindung stehen, das beispielsweise eine Nennspannung
von 220 Volt bei 50 Hz aufweist, wobei sie sich für eine Leistung von etwa 30 Watt
bzw. eine Stromstärke von 0,15 Ampere ohne weiteres eignen, wie sie für den Betrieb
von bei Elektromotoren für die Gebläse von Raumlüftungsgeräten üblich ist.
1. Schalter, insbesondere Niederspannungsschalter, zum selbsttätigen Ein-, Aus- oder
Umschalten elektrischer Stromkreise, beispielsweise für den Gebläse-Antriebsmotor
einer Lüftungsvorrichtung, bei dem das Schaltglied von einer relativ zum ortsfesten
Kontaktstück verlagerbaren, das bewegliche Kontaktstück tragenden oder bildenden
Thermometerfeder oder Hygrometerfeder gebildet ist,
gekennzeichnet durch mindestens einen Permanentmagneten (8 bzw. 18) als Rückstell-
und/oder Haltekraft für das bewegliche Kontaktstück (4 bzw. 14) welches wiederum
der vom Schaltglied (5) hervorgebrachten Stell- und/oder Vorspannkraft unterliegt.
2. Schalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Kontaktstück (4 bzw. 14) aus ferromagnetischem Material besteht
und der Permanentmagnet (8 bzw. 18) dem ortsfesten Kontaktstück (3 bzw. 13) oder
den ortsfesten Kontaktstücken zugeordnet ist, wobei er einen Luftspaltabstand von
der Kontaktebene zwischen dem ortsfesten Kontaktstück (3 bzw. 13) und dem beweglichen
Kontaktstück (4 bzw. 14) aufweist.
3. Schalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet (8 bzw. 18) am beweglichen Kontaktstück (4 bzw. 14) angeordnet
ist und das ortsfeste Kontaktstück (3 bzw. 13) oder die ortsfesten Kontaktstücke aus
unmagnetischem Werkstoff bestehen, wobei ihnen zumindest ferromagnetische Widerlager
für den Permanentmagneten zugeordnet sind, die mit Luftspaltabstand hinter der Kontaktebene
zwischen dem ortsfesten Kontaktstück (3 bzw. 13) und dem beweglichen Kontaktstück
(4 bzw. 14) liegen.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die das Schaltglied (5) bildende Thermometerfeder und/oder Hygrometerfeder die
Form einer Spirale hat, welche gegenüber einem ortsfesten Kontaktstück (3) bezüglich
des von ihr zu durchlaufenden Stellweges abstandsjustierbar (6) angeordnet und/oder
ausgebildet ist.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das ortsfeste Kontaktstück (3) aus einem Bügel (9, 10, 11) besteht, dessen Schenkel
(9, 10) mit Abstand von der äußeren Spiralwindung des die Thermometerfeder bzw. Hygrometerfeder
bildenden Schaltgliedes (5) auf einem Träger (7) sitzen, während der die Schenkel
(9 und 10) miteinander verbindenden Steg (11) sekantial und mit Abstand über die Oberseite
des Schaltgliedes hinweg geführt ist (Fig. 3).
5. Schalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß von der äußeren Spiralwindung des Schaltgliedes (5) etwa radial ein Lappen abgebogen
ist, der das bewegliche Kontaktstück (4) bildet, welches, beispielsweise über das
elektrisch leitende Material des Schaltgliedes (5) mit dem Achsbolzen (6) in Verbindung
steht, der wiederum elektrische Verbindung mit dem Stromkreis hat.