[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter mit einem
Gehäuse, das ein Deckelteil mit einer Unterseite und einer Oberseite sowie ein elektrisch
leitendes Unterteil mit einer umlaufenden Schulter und einer umlaufenden Wand umfasst,
deren oberer Abschnitt das Deckelteil übergreift, mit zumindest einer auf der Oberseite
des Deckelteils angeordneten ersten äußeren Kontaktfläche, zumindest einer außen an
den Gehäuse vorgesehenen zweiten äußeren Kontaktfläche, wobei der das Deckelteil übergreifende
obere Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils das Deckelteil auf die umlaufende
Schulter drückt, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten temperaturabhängigen Schaltwerk,
das in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
der ersten und der zweiten äußeren Kontaktfläche herstellt oder öffnet, wobei zwischen
dem Deckelteil und dem Unterteil ein Abdichtmittel vorgesehen ist.
[0003] Der bekannte temperaturabhängige Schalter dient in an sich bekannter Weise dazu,
die Temperatur eines Gerätes zu überwachen. Dazu wird er bspw. über eine seiner Außenflächen
in thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Gerät gebracht, so dass die Temperatur
des zu schützenden Gerätes die Temperatur des Schaltwerks beeinflusst.
[0004] Der Schalter wird über die an seine beiden äußeren Kontaktflächen angelöteten Anschlussleitungen
elektrisch in Reihe in den Versorgungsstromkreis des zu schützenden Gerätes geschaltet,
so dass unterhalb der Ansprechtemperatur des Schalters der Versorgungsstrom des zu
schützenden Gerätes durch den Schalter fließt.
[0005] Der bekannte Schalter weist ein tiefgezogenes oder gedrehtes Unterteil auf, in dem
eine innen umlaufende Schulter vorgesehen ist, auf der ein Deckelteil aufliegt. Das
Deckelteil wird durch eine hochgezogene und an ihrem oberen Abschnitt radial nach
innen abgebogene umlaufende Wand des Unterteils fest auf dieser Schulter gehalten.
[0006] Da Deckelteil und Unterteil aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sind, ist
zwischen ihnen eine um das Deckelteil herum verlaufende Isolierfolie vorgesehen, die
sich innen in dem Schalter parallel zu dem Deckelteil erstreckt und seitlich nach
oben hochgezogen ist, so dass sich ihr Randbereich bis auf die Oberseite des Deckelteils
erstreckt. Der abgebogene obere Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils liegt
dabei auf dem Randbereich der Isolierfolie auf.
[0007] Das temperaturabhängige Schaltwerk umfasst hier eine Feder-Schnappscheibe, die ein
bewegliches Kontaktteil trägt, sowie eine über das bewegliche Kontaktteil gestülpte
Bimetallscheibe. Die Feder-Schnappscheibe drückt das bewegliche Kontaktteil gegen
einen stationären Gegenkontakt innen an dem Deckelteil.
[0008] Mit ihrem Rand stützt sich die Feder-Schnappscheibe im Unterteil des Gehäuses ab,
so dass der elektrische Strom von dem Unterteil durch die Feder-Schnappscheibe und
das bewegliche Kontaktteil in den stationären Gegenkontakt und von da in das Deckelteil
fließt.
[0009] Als erster Außenanschluss dient eine erste äußere Kontaktfläche, die mittig auf dem
Deckelteil angeordnet ist. Als zweiter Außenanschluss dient eine auf der abgebogenen
Wand des Unterteils vorgesehene zweite äußere Kontaktfläche. Es ist aber auch möglich,
den zweiten Außenanschluss nicht an diesem Rand sondern seitlich an dem stromführenden
Gehäuse oder an der Unterseite des Unterteils anzuordnen.
[0010] Aus der
DE 198 27 113 C2 ist es bekannt, an der Feder-Schnappscheibe ein Stromübertragungsglied in Form einer
Kontaktbrücke anzubringen, die von der Feder-Schnappscheibe gegen zwei an der Unterseite
des Deckelteils vorgesehene stationäre Gegenkontakte gedrückt wird. In diesem Fall
ist auch die zweite äußere Kontaktfläche auf der Oberseite des Deckelteils angeordnet.
Die beiden Gegenkontakte sind durch das Deckelteil hindurch mit den beiden äußeren
Kontaktflächen verbunden. Der Strom fließt dann von einer äußeren Kontaktfläche über
den zugeordneten Gegenkontakt durch die Kontaktbrücke in den anderen stationären Gegenkontakt
und von dort zu der anderen äußeren Kontaktfläche, so dass die Feder-Schnappscheibe
selbst nicht vom Betriebsstrom durchflossen wird.
[0011] Diese Konstruktion wird insbesondere dann gewählt, wenn sehr hohe Ströme geschaltet
werden müssen, die nicht mehr problemlos über die Federscheibe selbst geleitet werden
können.
[0012] In beiden Konstruktionsvarianten ist für die temperaturabhängige Schaltfunktion eine
Bimetallscheibe vorgesehen, die unterhalb ihrer Sprungtemperatur kräftefrei in dem
Schaltwerk einliegt.
[0013] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Bimetallteil ein mehrlagiges
aktives blechförmiges Bauteile aus zwei, drei oder vier untrennbar miteinander verbundenen
Komponenten mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten verstanden. Die Verbindung
der einzelnen Lagen aus Metallen oder Metalllegierungen sind stoffschlüssig oder formschlüssig
und werden beispielsweise durch Walzen erreicht.
[0014] Derartige Bimetallteile weisen in ihrer Tieftemperaturstellung eine erste und ihrer
Hochtemperaturstellung eine zweite stabile geometrische Konformation auf, zwischen
denen sie temperaturabhängig nach Art einer Hysterese umspringen. Bei Änderungen der
Temperatur über ihre Ansprechtemperatur hinaus oder unter ihre Rücksprungtemperatur
schnappen die Bimetallteile in die jeweils andere Konformation um. Die Bimetallteile
werden daher oft als Schnappscheiben bezeichnet, wobei sie in der Draufsicht eine
längliche, ovale oder kreisrunde Form aufweisen können.
[0015] Erhöht sich jetzt die Temperatur der Bimetallscheibe infolge einer Temperaturerhöhung
bei dem zu schützenden Gerät über die Sprungtemperatur hinaus, so verändert die Bimetallscheibe
ihre Konfiguration und arbeitet so gegen die Feder-Schnappscheibe, dass sie das bewegliche
Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt bzw. das Stromübertragungsglied von den
beiden stationären Gegenkontakten abhebt, so dass der Schalter öffnet und das zu schützende
Gerät abgeschaltet wird und sich nicht weiter aufheizen kann.
[0016] Bei diesen Konstruktionen ist die Bimetallscheibe unterhalb ihrer Sprungtemperatur
mechanisch kräftefrei gelagert, wobei die Bimetallscheibe auch nicht zur Führung des
Stromes eingesetzt wird.
[0017] Dabei ist von Vorteil, dass die Bimetallscheiben eine lange mechanische Lebensdauer
aufweisen, und dass sich der Schaltpunkt, also die Sprungtemperatur der Bimetallscheibe,
auch nach vielen Schaltspielen nicht verändert.
[0018] Sofern geringere Anforderungen an die mechanische Zuverlässigkeit bzw. die Stabilität
der Sprungtemperatur gestellt werden, kann die Bimetall-Schnappscheibe auch die Funktion
der Feder-Schnappscheibe und ggf. sogar des Stromübertragungsgliedes mit übernehmen,
so dass das Schaltwerk nur eine Bimetallscheibe umfasst, die dann das bewegliche Kontaktteil
trägt oder anstelle des Stromübertragungsglieds zwei Kontaktflächen aufweist, so dass
die Bimetallscheibe nicht nur für den Schließdruck des Schalters sorgt, sondern im
geschlossenen Zustand des Schalters auch den Strom führt.
[0019] Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Parallelwiderstand zu
versehen, der parallel zu den Außenanschlüssen geschaltet ist. Dieser Parallelwiderstand
übernimmt bei geöffnetem Schalter einen Teils des Betriebsstroms und hält den Schalter
auf einer Temperatur oberhalb der Sprungtemperatur, so dass sich der Schalter nach
dem Abkühlen nicht automatisch wieder schließt. Derartige Schalter nennt man selbsthaltend.
[0020] Weiter ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Vorwiderstand auszustatten, der
von dem durch den Schalter fließenden Betriebsstrom durchflossen wird. Auf diese Weise
wird in dem Vorwiderstand eine ohmsche Wärme erzeugt, die proportional zum Quadrat
des fließenden Stroms ist. Übersteigt die Stromstärke ein zulässiges Maß, so führt
die Wärme des Vorwiderstandes dazu, dass das Schaltwerk geöffnet wird.
[0021] Auf diese Weise wird ein zu schützendes Gerät bereits dann von seinem Versorgungsstromkreis
abgeschaltet, wenn ein zu hoher Stromfluss zu verzeichnen ist, der noch gar nicht
zu einer übermäßigen Erhitzung des Gerätes geführt hat.
[0022] Statt einer in der Regel runden Bimetallscheibe kann auch eine einseitig eingespannte
Bimetallfeder verwendet werden, die ein bewegliches Kontaktteil oder eine Kontaktbrücke
trägt.
[0023] Es können aber auch temperaturabhängige Schalter eingesetzt werden, die als Stromübertragungsglied
keinen Kontaktteller sondern ein Federteil aufweisen, das die beiden Gegenkontakt
trägt oder an dem die beiden Gegenkontakte ausgebildet sind. Das Federteil kann ein
Bimetallteil, insbesondere eine Bimetall-Schnappscheibe sein, die nicht nur für die
temperaturabhängige Schaltfunktion sorgt, sondern gleichzeitig auch noch für den Kontaktdruck
sorgt und den Strom führt, wenn der Schalter geschlossen ist.
[0024] Alle diese verschiedenen Konstruktionsvarianten lassen sich mit dem erfindungsgemäßen
Schalter realisieren, insbesondere kann die Bimetallscheibe die Funktion der Feder-Schnappscheibe
mit übernehmen.
[0025] Aus der
DE 195 17 310 A1 ist ein zu dem aus der eingangs erwähnten
DE 196 23 570 A1 vergleichbar aufgebauter temperaturabhängiger Schalter bekannt, bei dem das Deckelteil
jedoch aus einem Kaltleitermaterial gefertigt ist und ohne Zwischenlage einer Isolierfolie
auf einer innen umlaufenden Schulter des Unterteils aufliegen kann, auf die sie durch
den radial nach innen abgebogenen oberen Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils
gedrückt wird.
[0026] Auf diese Weise ist der Kaltleiterdeckel elektrisch parallel zu den beiden Außenanschlüssen
geschaltet, so dass er dem Schalter eine Selbsthaltefunktion verleiht.
[0027] Derartige Kaltleiter werden auch als PTC-Widerstände bezeichnet. Sie werden beispielsweise
aus halbleitenden, polykristallinen Keramiken wie BaTiO
3 gefertigt.
[0028] Auch bei dem aus der oben erwähnten
DE 198 27 113 C2 bekannten, temperaturabhängigen Schalter mit Kontaktbrücke ist das Deckelteil aus
Kaltleitermaterial gefertigt, so dass er ebenfalls eine Selbsthaltefunktion aufweist.
An dem Deckelteil sind hier zwei Nieten angeordnet, deren außenliegende Köpfe die
beiden Außenanschlüsse bilden, und deren innenliegende Köpfe als stationäre Gegenkontakte
mit der Kontaktbrücke zusammenwirken.
[0029] Das Deckelteil kann bei einem Schalter dieser Bauart auch aus Isoliermaterial oder
aus Metall gefertigt sein, wobei im letzteren Fall wie dem aus der
DE 196 23 570 A1 bekannten Schalter eine um das Deckelteil herum verlaufende Isolierfolie vorgesehen
ist, die sich innen in dem Schalter parallel zu dem Deckelteil erstreckt und seitlich
nach oben hochgezogen ist, so dass sich ihr Randbereich bis auf die Oberseite des
Deckelteils erstreckt. Der radial nach innen abgebogene obere Abschnitt der umlaufenden
Wand des Unterteils drückt dabei unter Zwischenlage der Isolierfolie flach auf das
Deckelteil.
[0030] Bei den bekannten Schaltern wird das Gehäuse in der Regel vor dem Eintrag von Verunreinigungen
durch eine Versiegelung geschützt, die vor oder auch nach dem Verbinden von Anschlussfahnen
oder Anschlussleitungen mit den Außenanschlüssen angebracht werden.
[0031] Aus der
DE 41 43 671 A1 ist es bekannt, die Außenanschlüsse mit einem Einkomponenten-Duroplast zu umspritzen.
Aus der
DE 10 2009 039 948 ist es bekannt, Anschlussfahnen mit einem Epoxidharz zu vergießen. Es ist auch bekannt,
die bekannten Schalter nach dem Anlöten von Anschlussleitungen oder Anschlussfahnen
häufig mit einem Tränklack oder Schutzlack zu versehen.
[0032] Um zu verhindern, dass dabei Lack in das Innere des Gehäuses eindringt, ist bei dem
aus der eingangs genannten
DE 196 23 570 A1 bekannten Schalter das Deckelteil mit einem Abdichtmittel in Form einer umlaufenden
Wulst versehen, die radial außen an der Unterseite des Deckelteils verläuft und mit
der sie beim Abbiegen des oberen Abschnitts der umlaufenden Wand des Unterteils die
Isolierfolie einschnürrt. Dies sorgt zwar für eine bessere Abdichtung, in vielen Fällen
dringt aber dennoch Lack in das Innere des Gehäuses ein.
[0033] Bei den aus der eingangs erwähnten
DE 196 23 570 A1 bekannten und vergleichbaren Schaltern wird die zwischen dem Unterteil und dem Deckelteil
liegende Isolierfolie seitlich zwischen der Wand des Unterteils und dem Deckelteil
hochgezogen und mit ihrem Randbereich auf die Oberseite des Deckelteils umgeschlagen.
Die steife Isolierfolie wird durch das Umschlagen wellig und bildet Rosetten aus,
die durch den flach auf sie drückenden oberen Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils
nicht sicher abzudichten sind. Ferner besteht die Gefahr, dass Überzuglack durch die
Rosetten in das Innere des Schalters eindringt. Die
DE 196 23 570 A1 versucht dieses Problem durch die schon erwähnte Wulst zu verringern.
[0034] Die
DE 10 2013 102 089 B4 beschreibt einen Schalter, wie er prinzipiell aus der eingangs erwähnten
DE 196 23 570 A1 bekannt ist. Dieser Schalter weist zwischen der Schulter in dem Unterteil und dem
Deckelteil einen Distanzring auf, der eine größere Schaltstrecke zwischen beweglichem
Kontaktteil und stationären Gegenkontakt ermöglicht. Um das von dem in der
DE 196 23 570 A1 beschriebenen Schalter bekannte Dichtigkeitsproblem zu beheben, wird bei diesem Schalter
der Randbereich der Isolierscheibe von außen V-förmig eingeschnitten, wodurch die
Welligkeit stark verringert wird, so dass die Dichtigkeit verbessert wird.
[0035] Die
DE 10 2013 102 006 B4 beschreibt ebenfalls einen Schalter, wie er prinzipiell aus der eingangs erwähnten
DE 196 23 570 A1 bekannt ist. Dieser Schalter weist wie der aus der
DE 195 17 310 A1 bekannte Schalter ein Deckelteil aus Kaltleitermaterial-Material auf. Wegen der mangelnden
Druckstabilität dieses PTC-Deckels, kann durch den radial nach innen abgebogenen oberen
Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils keine hinreichende Abdichtung des bekannten
Schalters gegen den Eintrag von Verunreinigungen bewirkt werden, weshalb der abgebogene
obere Abschnitt der umlaufenden Wand bei dem aus der
DE 195 17 310 A1 bekannten Schalter gegenüber der Oberseite des Deckelteils mit Silikon abgedichtet
werden muss, was häufig Probleme bereitet.
[0036] Die
DE 10 2013 102 006 B4 löst dieses Problem dadurch, dass eine Abdeckfolie vorgesehen ist, die lediglich
auf der Oberseite des PTC-Deckels aufliegt, und in die der abgebogene und flach auf
der Abdeckfolie auffliegende obere Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils eindringt.
Die Stirnseite des oberen Abschnittes der umlaufenden Wand weist von der Abdeckfolie
weg. Der flach aufliegende obere Abschnitt der umlaufenden Wand des Unterteils sorgt
jedoch häufig nicht für die gewünschte Abdichtung.
[0037] An einem Schalter können auch eine Abdeckfolie und eine Isolierfolie vorgesehen sein,
wie es beispielsweise die
DE 10 2013 102 089 B4 zeigt. Auf der Oberseite des Deckelteils dieses Schalters ist eine isolierende Abdeckfolie
beispielsweise aus Nomex ® angeordnet, die sich mit ihrem Rand radial nach außen bis
zu der Isolierfolie erstreckt, die beispielsweise aus Kapton® besteht. Nomex® und
Kapton® bestehen aus Aramidpapier bzw. aromatischen Polyimiden.
[0038] Bei den bekannten Schaltern kommt es trotz der diversen Abdichtmaßnahmen immer wieder
zu Dichtigkeitsproblemen, die u.a. darauf beruhen, dass sich die relativ steifen Isolierfolien
durch das Umbiegen des oberen Abschnittes des umlaufenden Randes des Unterteils keine
dauerhafte Abdichtung erzielen lässt. Zudem ist der konstruktive Aufwand hoch, der
bei den bekannten Schaltern erforderlich ist, um eine gute Abdichtung zu erzielen.
[0039] Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei
dem bekannten Schalter auf konstruktiv einfache und preiswerte Weise die oben erwähnten
Probleme zu beseitigen, zumindest zu verringern.
[0040] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schalter erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Abdichtmittel einen vorzugsweise umfänglich in sich geschlossenen, umlaufenden
Schneidgrat aufweist, der an der Schulter in dem Unterteil angeordnet ist,und dass
das Deckelteil aus elektrisch isolierendem Material besteht und mit seiner Unterseite
unmittelbar auf der Schulter aufliegt, wobei der Schneidgrat von der Unterseite her
in das Deckelteil hineinragt.
[0041] Dieser vorzugsweise umfänglich in sich geschlossene Schneidgrat dringt bei der Montage
des neuen Schalters in das Deckelteil ein und sorgt so für eine sichere Abdichtung
zwischen der innen in dem Unterteil umlaufenden Schulter und dem Deckelteil. Der Schneidgrat
kann zwar wulstförmig ausgebildet sein, ist jedoch bevorzugt im Querschnitt dreieckartig
ausgebildet sein, wobei seine Form an das Material abgepasst ist, in dass er bei der
Montage des neuen Schalters eindringt.
[0042] Der Schneidgrat wird bei der Herstellung des Unterteils mit erzeugt, er ist einstückig
mit der Schulter ausgebildet. Der Schneidgrat kann beim Tiefziehen, Stanzen oder Drehen
des Unterteils erzeugt werden.
[0043] Erfindungsgemäß wird also durch den zwischen der Schulter und dem Deckelteil wirkenden
Schneidgrat eine Dichtung erzeugt, die nicht durch Druck der umgebogenen Wand auf
eine Isolierfolie oder Abdichtfolie wirkt, sondern durch Eindringen des Schneidgrates
in das über ihm liegende Deckelteil, so dass der Schneidgrat eine mechanische Barriere
darstellt. Die Abdichtwirkung wird also durch ein Konstruktionselement erzielt, das
ein mechanisches Hindernis gegenüber eindringende Verschmutzung darstellt, also sowohl
Partikel als auch Fluide sicher zurückhält.
[0044] Die Abdichtwirkung wird im Gegensatz zu den im Stand der Technik bisher verfolgten
Strategien nicht in erster Linie zwischen einer Isolierfolie und dem Deckelteil sondern
zwischen dem Deckelteil und dem am Unterteil angeordneten Schneidgrat bewirkt.
[0045] Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, dass die Probleme mit
der Dichtigkeit der bekannten Schalter darauf zurückzuführen sind, dass sich die Isolierfolie
beim Umbiegen auf die Oberseite des Deckelteils wellt oder in Falten legt. Dies führt
dazu, dass Kriechpfade für Flüssigkeiten nicht nur - wie bisher angenommen - zwischen
Isolierfolie und Deckelteil sondern in erster Linie zwischen Isolierfolie und umlaufender
Wand des Unterteils entstehen, so dass beim Tränken des bekannten Schalters mit Schutzlacken
diese an beiden Seiten der Isolierfolie in das Innere des Schalters hineinkriechen
können.
[0046] Auch gegenüber sonstigen Elektro-Isoliermaterialien dichtet die abgebogene Wand des
Unterteils die Oberseite nicht so gut ab, dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass
beim Verharzen keine Flüssigkeit in das Innere des Schalters gelangen kann.
[0047] Auch beim Anlöten von Anschlussleitungen auf die Oberseite bzw. die dort vorgesehene
Kontaktfläche ist nicht vollständig auszuschließen, dass Lot oder entsprechende Flüssigkeiten
in das Innere des Schalters gelangen.
[0048] Dadurch, dass der Schneidgrat in das Deckelteil eindringt, ergibt sich jetzt eine
mechanische Barriere für Verunreinigungen, die zwischen dem Deckelteil und der umlaufenden
Wand des Unterteils wirkt.
[0049] Wenn der Schneidgrat dabei umfänglich in sich geschlossen ist, ergibt sich eine noch
besser Dichtwirkung, weil bei der Montage des neuen Schalters eine in sich geschlossene
Abdichtung in Form einer ringförmigen Barriere entsteht.
[0050] Da das Deckelteil aus elektrisch isolierendem Material besteht, ist eine Isolierfolie
zwischen Unterteil und Deckelteil an sich nicht erforderlich, sie kann aber dennoch
vorgesehen sein, um auf die oben beschriebene Weise für eine sichere Abdichtung des
Schalters zu sorgen. Die Isolierfolie muss dann nur zwischen Unterseite des Deckelteils
und Schulter des Unterteils vorgesehen sein und sich nicht bis auf die Oberseite des
Deckelteils erstrecken. Sie kann also wie ein Isolierring ausgebildet sein, der auf
der Schulter in dem Unterteil aufliegt.
[0051] Da das Deckelteil aus elektrisch isolierendem Material besteht, kann auf die Isolierfolie
aber auch ganz verzichtet werden. Das Deckelteil liegt dann mit seiner Unterseite
unmittelbar auf der Schulter auf, wobei der Schneidgrat von der Unterseite her in
das Deckelteil hineinragt.
[0052] Auf diese Weise wird ein sehr einfach aufgebauter Schalter mit wenigen Bauteilen
geschaffen, der dennoch sichert abgedichtet ist. Diese Bauweise bietet sich insbesondere
dann an, wenn das Deckelteil aus einem Kunststoffmaterial besteht, dass hinreichend
weich ist, so dass der Schneidgrat in das Material des Deckelteils eindringen kann.
[0053] Es ist von Vorteil, wenn der Schneidgrat eine Schneide aufweist, die in das Material
des Deckelteils eindringt.
[0054] Dabei ist es bevorzugt, wenn an der Unterseite des Deckelteils ein weiterer, vorzugsweise
in sich geschlossener, umlaufender Schneidgrat angeordnet ist.
[0055] Hier ist von Vorteil, dass eine weitere mechanische Barriere zwischen Isolierfolie
und Deckelteil erzeugt wird.
[0056] Der Schneidgrat und der weitere Schneidgrat stehen vorzugsweise mit einer Höhe über
die Schulter bzw. die Unterseite vor, die zwischen 10 um und 50 um liegt, vorzugsweise
20 bis 30 um beträgt.
[0057] Diese Höhe hat sich bewährt, weil die üblicher Weise verwendeten Isolierfolien eine
Stärke im Bereich von unter 100 um aufweisen, so dass die Schneidgrate maximal bis
zur Hälfte dieser Stärke in die Isolierfolie eindringen, so dass die elektrische Isolationswirkung
der Isolierfolie erhalten bleibt.
[0058] An ihrer Basis weisen die Schneidgrate eine Breite auf, die zwischen 70% und 120%
der Höhe beträgt.
[0059] Allgemein ist es bevorzugt, wenn der Schalter eine Abdeckfolie umfasst, die auf der
Oberseite des Deckelteils aufliegt, wobei die Abdeckfolie sich vorzugsweise bis unter
den Randbereich der Isolierfolie erstreckt.
[0060] Wenn die Abdeckfolie allein verwendet wird, wird sie bei Schaltern eingesetzt, bei
denen in der Regel das Deckelteil nicht aus Metall besteht, sondern aus elektrisch
isolierendem Kunststoff oder aus PTC-Material besteht. Die Abdeckfolie dient dann
zum einen dem mechanischen Schutz des Deckelteiles, zum anderen aber auch der Abdichtung
zwischen der umgebogenen Wand und der Oberseite des Deckelteils. Diese Abdichtung
ergänzt die durch den Schneidgrat erfindungsgemäß zwischen der Schulter in dem Unterteil
und dem Deckelteil bzw. der Isolierfolie bewirkte Abdichtung.
[0061] Wenn die Abdeckfolie zusätzlich zu der Isolierfolie verwendet wird, sorgt dies für
eine besonders gute Abdichtung des neuen Schalters.
[0062] All diese Maßnahmen führen dazu, dass der neue Schalter gegenüber dem Eintrag von
Verunreinigungen in das Innere des Gehäuses sehr gut geschützt ist.
[0063] Weiter ist es bevorzugt, wenn die Isolierfolie, sofern vorhanden, aus Polyimid, vorzugsweise
aus aromatischem Polyimiden, und die Abdeckfolie aus Aramidpapier besteht.
[0064] Derartige Schutzfolien sind aus dem Stand der Technik bekannt, sie werden beispielsweise
unter dem Handelsnamen Kapton® oder Nomex® vertrieben.
[0065] Isolierfolien aus diesen Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass sie "ziehfähig"
sind, sich also beim Einsetzen des Deckelteils in das Unterteil etwas dehnen, und
dass sie dennoch gut um die Stirnseite des Deckelteils herum auf dessen Oberseite
umgelegt werden können, wobei ferner die erforderliche Spannungsfestigkeit erzielt
wird.
[0066] Es ist bevorzugt, dass die zweite äußere Kontaktfläche auf der Oberseite des Deckelteils
angeordnet ist, wobei das Schaltwerk ein Stromübertragungsglied trägt, das mit zwei
stationären Gegenkontakten zusammenwirkt, die an der Unterseite des Deckelteils angeordnet
sind, und von denen jeweils einer mit einer der beiden an der Oberseite angeordneten
äußeren Kontaktflächen zusammenwirkt.
[0067] Hier ist von Vorteil, dass der neue Schalter auch zum Schalten und Führen sehr hoher
Ströme ausgelegt werden kann, wozu die beiden stationären Gegenkontakte mit einem
Stromübertragungsglied in Form einer Kontaktbrücke oder eines Kontakttellers zusammenwirken,
so dass der Betriebsstrom des zu schützenden Gerätes nicht durch die Feder-Schnappscheibe
oder gar die Bimetall-Schnappscheibe sondern lediglich durch das Stromübertragungsglied
fließt.
[0068] Dabei ist es bevorzugt, wenn das Schaltwerk ein Bimetallteil aufweist.
[0069] Das Bimetallteil kann dabei eine runde, vorzugsweise kreisrunde Bimetall-Schnappscheibe
sein, wobei es auch möglich ist, als Bimetallteil eine längliche, einseitig eingespannte
Bimetallfeder zu verwenden. Bei einfachen Schaltern kann dieses Bimetall auch zur
Stromführung verwendet werden.
[0070] Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Schaltwerk zusätzlich eine Feder-Schnappscheibe
aufweist.
[0071] Diese Feder-Schnappscheibe kann beispielsweise das bewegliche Kontaktteil tragen
und den Strom durch den geschlossenen Schalter führen und in geschlossenem Zustand
für den Kontaktdruck sorgen. Auf diese Weise wird das Bimetallteil sowohl von der
Stromführung als auch von der mechanischen Belastung bei geschlossenem Zustand entlastet.
[0072] Wenn das Schaltwerk ein Stromübertragungsglied aufweist, das mit zwei stationären
Gegenkontakten zusammenwirkt, kann ebenfalls entweder nur ein Bimetallteil vorgesehen
sein, das dann für den Schließdruck sorgt und die Öffnungsfunktion übernimmt, oder
es kann zusätzlich ein Federteil vorgesehen sein, das die Schließkraft aufwendet,
so dass das Bimetallteil nur dann mechanisch belastet wird, wenn es den Schalter öffnet.
[0073] Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für zumindest annähernd runde temperaturabhängige
Schalter, die also in der Draufsicht auf das Unterteil oder Deckelteil rund, kreisrund
oder oval sind, wobei auch andere Gehäuseformen die Erfindung nutzen können, wenn
ein in sich geschlossener Schneidgrat auf der Schulter in dem Unterteil realisierbar
ist, auf der das Deckelteil aufliegt.
[0074] Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
[0075] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
[0076] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittdarstellung in Seitenansicht eines beispielhaften temperaturabhängigen
Schalters;
- Fig. 2
- eine schematische, vergrößerte Darstellung des Details II aus Fig. 1; und
- Fig. 3
- eine schematische, teilweise geschnitte Teil-Darstellung in Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schalter.
[0077] In Fig. 1 ist schematisch, nicht maßstabsgetreu und im seitlichen Schnitt ein in
der Draufsicht kreisförmiger temperaturabhängiger Schalter 10 gezeigt.
[0078] Der Schalter 10 weist ein temperaturabhängiges Schaltwerk 11 auf, das in einem Gehäuse
12 angeordnet ist, in dem eine Isolierfolie 13 angeordnet ist, die zwischen einem
topfartigen, elektrisch leitenden Unterteil 14 und einem elektrisch leitendem Deckelteil
15 verläuft, das das Unterteil 14 verschließt.
[0079] In dem Unterteil 14 sind eine umlaufende untere Schulter 16 sowie eine umlaufende
obere Schulter 17 vorgesehen, auf der das Deckelteil 15 unter Zwischenlager der Isolierfolie
13 aufliegt, deren Randbereich 18 sich bis auf die Oberseite 21 des Deckelteils 15
erstreckt.
[0080] Das Unterteil 14 weist eine umlaufende Wand 19 auf, deren oberer Abschnitt 20 das
Deckelteil 15 übergreift. Der obere Abschnitt 20 ist nach radial nach innen so abgebogen,
dass er über die zwischenliegende Isolierfolie 13 das Deckelteil 15 auf die umlaufenden
Schulter 17 drückt, wenn er gegenüber der in Fig. 1 schematisch gezeigten Situation
noch weiter auf die Oberseite 21 zu gebogen wird.
[0081] Unterteil 14 und Deckelteil 15 sind in dem gezeigten Beispiel aus elektrisch leitendem
Material gefertigt, weshalb die um das Deckelteil 15 herum verlaufende Isolierfolie
13 vorgesehen ist, die innen in dem Gehäuse 12 parallel zu dem Deckelteil 15 verläuft,
seitlich zwischen der Wand 19 und dem Deckelteil 15 nach oben geführt ist und mit
ihrem Randbereich 18 nach oben weist.
[0082] Der obere Abschnitt 20 der Wand 19 liegt dabei flach auf dem Randbereich 18 der Isolierfolie
13 auf, und drückt diesen in Richtung Oberseite 21 des Deckelteils 14.
[0083] An der Oberseite 21 des Deckelteils 15 ist eine weitere isolierende Abdeckung 22
vorgesehen, die sich radial nach außen bis zu dem Randbereich 18 der Isolierfolie
13 erstreckt.
[0084] An einer Unterseite 23 des Deckelteils 15 ist ein stationärer Gegenkontakt 24 angeordnet,
mit dem ein von dem Schaltwerk 11 getragenes, bewegliches Kontaktteil 25 zusammenarbeitet.
[0085] Das Schaltwerk 11 umfasst eine Feder-Schnappscheibe 26, die sich mit ihrem Rand 27
auf der unteren Schulter 16 abstützt und dort eine elektrisch leitende Verbindung
herstellt.
[0086] Unterhalb der Feder-Schnappscheibe 26, also an ihrer von dem stationären Gegenkontakt
24 wegweisenden Seite, ist eine Bimetall-Schnappscheibe 28 vorgesehen, die zwei geometrische
Temperaturstellungen aufweist, die in Fig. 1 gezeigte Tieftemperaturstellung und eine
nicht gezeigte Hochtemperaturstellung.
[0087] Die Bimetall-Schnappscheibe 28 liegt mit ihrem Rand 29 frei oberhalb einer keilförmigen,
umlaufenden Schulter 31, die an einem inneren Boden 32 des Unterteils 14 ausgebildet
ist.
[0088] Das Unterteil 14 weist einen äußeren Boden 33 auf, mit dem thermischer Kontakt zu
einem zu schützenden Gerät hergestellt wird.
[0089] Die Bimetall-Schnappscheibe 28 stützt sich auf einer umlaufenden Schulter 34 des
Kontaktteiles 25 mit ihrem Zentrum 35 ab.
[0090] Die Feder-Schnappscheibe 26 ist mit einem inneren Bereich 36 in ihrem Zentrum dauerhaft
mit dem beweglichen Kontaktteil 25 verbunden, wozu auf dessen Zapfen 30, der durch
die beiden Schnappscheiben 26 und 28 hindurch ragt, ein Ring 37 aufgepresst ist, an
dem auch die Schulter 34 ausgebildet ist.
[0091] Der elektrisch leitend mit der Oberseite 21 des Deckelteils 15 verbundene stationäre
Gegenkontakt 24 wirkt mit dem beweglichen Kontaktteil 25 und über dieses mit dem inneren
Bereich 36 der Feder-Schnappscheibe 26 zusammen, die in dem in Fig. 1 gezeigten, geschlossenen
Zustand des Schalters 10 elektrisch dauerhaft mit der Schulter 16 und über diese mit
dem Unterteil 14 verbunden ist.
[0092] Die Oberseite 21 dient als erste äußere Kontaktfläche 38, was durch eine längs gestreifte
Fläche angedeutet ist. Der äußere Boden 33 des Unterteils 14 kann bei dem Schalter
10 als zweite äußere Kontaktfläche dienen, wobei es bei dem Schalter 10 vorgesehen
ist, als zweite äußere Kontaktfläche 39 den obere Abschnitt 20 der Wand 19 zu verwenden.
[0093] In der in Fig. 1 gezeigten, geschlossenen Schaltstellung des Schalters 10 wird das
bewegliche Kontaktteil 25 durch die Feder-Schnappscheibe 26 gegen den stationären
Gegenkontakt 24 gedrückt. Weil die elektrisch leitende Feder-Schnappscheibe 26 mit
ihrem Rand 27 in Verbindung mit dem Unterteil 14 steht, ist eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen den beiden äußeren Kontaktflächen 38, 39 hergestellt.
[0094] Wenn sich jetzt die Temperatur im Inneren des Schalters 10 über die Ansprechtemperatur
der Bimetall-Schnappscheibe 28 hinaus erhöht, so klappt diese von der in Fig. 1 gezeigten
konvexen Konfiguration in eine konkave Konfiguration um, in der sich ihr Rand 29 in
Fig. 1 nach oben bewegt, so dass er von unten in Anlage mit dem Rand 27 der Feder-Schnappscheibe
26 gelangt.
[0095] Dabei drückt die Bimetall-Schnappscheibe 28 mit ihrem Zentrum 35 auf die Schulter
34 und hebt somit das bewegliche Kontaktteil 25 von dem stationären Gegenkontakt 24
ab.
[0096] Die Feder-Schnappscheibe 26 kann eine bistabile Federscheibe sein, die auch in der
geöffneten Stellung des Schalters geometrisch stabil ist, so dass das bewegliche Kontaktteil
25 auch dann nicht wieder in Anlage mit dem stationären Gegenkontakt 24 gelangt, wenn
der Rand 29 der Bimetall-Schnappscheibe 28 nicht mehr gegen den Rand 27 der Feder-Schnappscheibe
26 drückt.
[0097] Wenn sich jetzt die Temperatur im Inneren des Schalters 10 wieder erniedrigt, so
bewegt sich der Rand 29 der Bimetall-Schnappscheibe 26 nach unten und gelangt in Anlage
mit der keilförmigen Schulter 31. Mit ihrem Zentrum 35 drückt die Bimetall-Schnappscheibe
26 dann von unten gegen die Feder-Schnappscheibe 26 und drückt diese wieder in ihre
andere geometrisch stabile Position, in der sie gemäß Fig. 1 das bewegliche Kontaktteil
25 gegen den stationären Gegenkontakt 24 drückt.
[0098] Im vorliegenden Beispiel weist das Schaltwerk 11 zusätzlich zu der Bimetall-Schnappscheibe
28 die stromführende Feder-Schnappscheibe 26 auf, wobei in dem Schaltwerk 11 auch
lediglich die Bimetall-Schnappscheibe 28 vorgesehen sein kann, die dann mit ihrem
Rand 29 auf der Schulter 16 aufliengen und den Strom führen würde.
[0099] Es ist auch möglich, die Bimetall-Schnappscheibe 28 oberhalb der Feder-Schnappscheibe
26 anzuordnen.
[0100] In Fig. 2 ist das Detail II des Schalters 10 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt.
[0101] In der Fig. 2 ist der Bereich des Schalters 10 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt,
wo das Deckelteil 15 unter Zwischenlage der Isolierfolie 13 auf der Schulter 17 aufliegt.
[0102] Radial innen auf der Schulter 17 ist ein Schneidgrat 41 vorgesehen, der senkrecht
in Richtung des Deckelteils 15 über die Schulter 17 vorsteht und etwa zu einem Drittel
in die Isolierfolie 13 eingedrungen ist.
[0103] An der Unterseite 23 des Deckelteils 15 ist radial außen ein weiterer Schneidgrat
42 vorgesehen, der sich senkrecht über die Unterseite 23 in Richtung des Unterteils
14 erstreckt und ebenfalls zu etwa einem Drittel in die Isolierfolie 13 hineinragt.
[0104] Die beiden Schneidgrate 41 und 42 sind mit einer oberen Schneide 43 versehen und
weisen im Querschnitt etwa dreieckförmige Gestalt auf.
[0105] Die beiden Schneidgrate 41 und 42 sind in sich geschlossen und laufen radial um,
so dass sie jeweils einen ringförmigen Schneidgrat 41 bzw. 42 bilden, der jeweils
eine nach oben weisende ringförmige Schneide 43 aufweist.
[0106] Der Schneidgrat 42 weist über der Unterseite 43 eine bei 51 angedeutete Höhe auf,
die etwa 30 µm betrifft. Gleichfalls weist der Schneidgrat 41 eine über die Schulter
17 überstehende Höhe 52 auf, die ebenfalls etwa 30 µm betrifft. Die Isolierfolie 13
weist eine bei 53 angedeutete Stärke auf, die etwa 100 µm betrifft.
[0107] An ihrer Basis, an der sie einstückig mit der Schulter 17 bzw. der Unterseite 23
ausgebildet sind, weisen die Schneidgrate 41 bzw. 42 eine bei 54 bzw. 55 angedeutete
Breite auf, die etwa der Höhe 52 bzw. 51 entspricht.
[0108] Die beiden Schneidgrate 41 und 42 bilden jeweils eine mechanische Barriere gegenüber
dem möglichen Eindringen von Verunreinigungen, insbesondere Fluiden, die zwischen
der Isolierfolie 13 und dem Deckelteil 15 bzw. dem Unterteil 14 in das Innere des
Schalters eindringen könnten.
[0109] Weil die beiden Schneidgrate 41 und 42 umfänglich in sich geschlossen sind, bilden
sie eine vollständige mechanische Barriere, die von Verunreinigungen, insbesondere
Fluiden nicht überwunden werden kann.
[0110] Während in Fig. 2 sowohl das Deckelteil 15 als auch das Unterteil 14 aus elektrisch
leitendem Material bestehen und somit durch die Isolierfolie 13 elektrisch gegeneinander
isoliert werden müssen, ist in Fig. 3 ausschnittsweise und prinzipiell sowie geschnitten
der obere Bereich eines Schalter 10' gezeigt, bei dem das Unterteil 14 wieder aus
Metall besteht, jetzt aber ein aus Kunststoff bestehendes Deckelteil 44 vorgesehen
ist.
[0111] Das Deckelteil 44 liegt mit seiner Unterseite 23 unmittelbar auf der Schulter 17
in dem Unterteil 14 auf, wobei auf der Schulter 17 wieder der schon aus Fig. 2 bekannte
Schneidgrat 41 vorgesehen ist, der sich mit seiner oberen Schneide 43 in das Material
des Deckelteils 14 eingeschnitten hat.
[0112] Das Deckelteil 44 wird durch den umgebogenen oberen Abschnitt 20 der umlaufenden
Wand auf der Schulter 17 gehalten. Bei der Montage des neuen Schalter 10' dringt der
Schneidgrat 41 in das Material des Deckelteils 44 ein und bildet eine mechanische
Barriere gegenüber dem Eindringen von Fluiden zwischen dem Deckelteil 44 und dem Unterteil
14.
[0113] Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Schneidgrat 41 in sich geschlossen.
Während der Schneidgrat 41 in Fig. 3 radial innen auf der Schulter 17 aufliegt, kann
er hier auch mittig oder radial außen angeordnet sein.
[0114] Es sei noch erwähnt, dass die Form der Schneidgrate 41 und 42 an das Material angepasst
ist, in das sie eindringen sollen.
[0115] Während bei dem Schalter 10 aus Fig. 1 eine äußere Kontaktfläche 38 auf der Oberseite
21 des Deckels angeordnet ist, und die andere äußere Kontaktfläche 39 an der Wand
19 ausgebildet ist, weist der Schalter 10' aus Fig. 3 zwei äußere Kontaktflächen 45,
46 auf, die beide nebeneinander auf der Oberseite 21 des Deckelteils 44 angeordnet
sind.
[0116] Die beiden äußeren Kontaktflächen 45 und 46 sind jeweils mit stationären Gegenkontakten
47 und 48 verbunden, die an der Unterseite 23 des Deckelteils 44 angeordnet sind und
mit einem Stromübertragungsglied 49 zusammenwirken, das von einer Feder-Schnappscheibe
26 gegen die stationären Gegenkontakte 47, 48 gedrückt wird.
[0117] Bei dem Schalter 10' fließt der Betriebsstrom also nicht durch die Feder-Schnappscheibe
26, sondern durch das Stromübertragungsglied 49.
[0118] In dem in Fig. 3 gezeigten, geschlossenen Zustand des Schalters 10' stützt sich die
Feder-Schnappscheibe 26 mit ihrem Rand 27 auf der unteren Schulter 16 in den Unterteil
14 ab und drückt das Stromübertragungsglied 49 gegen die beiden stationären Gegenkontakte
47, 48.
1. Temperaturabhängiger Schalter mit einem Gehäuse (11), das ein Deckelteil (15, 44)
mit einer Unterseite (23) und einer Oberseite (21) sowie ein elektrisch leitendes
Unterteil (14) mit einer umlaufenden Schulter (17) und einer umlaufenden Wand (19)
aufweist, deren oberer Abschnitt (20) das Deckelteil (15) übergreift, mit zumindest
einer auf der Oberseite (21) des Deckelteils (15) angeordneten ersten äußeren Kontaktfläche
(45), zumindest einer außen an dem Gehäuse (12) vorgesehenen zweiten äußeren Kontaktfläche
(46), wobei der das Deckelteil (15) übergreifende obere Abschnitt (20) der umlaufenden
Wand (19) des Unterteils (14) das Deckelteil (15) auf die umlaufende Schulter (17)
drückt, und mit einem in dem Gehäuse (12) angeordneten temperaturabhängigen Schaltwerk
(11), das in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen der ersten und der zweiten äußeren Kontaktfläche (45, 46) herstellt oder
öffnet, wobei zwischen dem Deckelteil (15) und dem Unterteil (14) ein Abdichtmittel
vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel einen umlaufenden Schneidgrat (41) aufweist, der an der Schulter
(17) in dem Unterteil (14) angeordnet ist, und dass das Deckelteil (44) aus elektrisch
isolierendem Material besteht und mit seiner Unterseite (23) unmittelbar auf der Schulter
(16) aufliegt, wobei der Schneidgrat (41) von der Unterseite (23) her in das Deckelteil
(15) hineinragt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidgrat (41) einstückig mit der Schulter (17) ausgebildet ist.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material ein Kunststoff ist.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidgrat eine Schneide aufweist, die in das Deckelteil eindringt.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite (23) des Deckelteils (15, 44) ein weiterer, vorzugsweise in sich
geschlossener, umlaufender Schneidgrat (42) angeordnet ist.
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schneidgrat (42) mit einer Höhe über die Unterseite (23) vorsteht, die
zwischen 10 um und 50 um liegt, vorzugsweise 20 bis 30 um beträgt.
7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Schulter (17) vorgesehene Schneidgrat (41) mit einer Höhe über der Schulter
(17) vorsteht, die zwischen 10 um und 50 um liegt, vorzugsweise 20 bis 30 um beträgt.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Abdeckfolie (22) umfasst, die auf der Oberseite (21) des Deckelteils (15,
44) aufliegt.
9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckfolie (22) aus Aramidpapier besteht.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite äußere Kontaktfläche (46) auf der Oberseite (21) des Deckelteils (44)
angeordnet ist.
11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltwerk (11) ein Stromübertragungsglied (49) trägt, das mit zwei stationären
Gegenkontakten (47, 48) zusammenwirkt, die an der Unterseite (23) des Deckelteil (44)
angeordnet sind, und von denen jeweils einer mit einer der beiden an der Oberseite
(21) angeordneten äußeren Kontaktflächen (45, 46) zusammenwirkt.
12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltwerk (11) ein Bimetallteil (28) aufweist.
13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltwerk (11) eine Feder-Schnappscheibe (26) aufweist.
14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidgrat (41, 42) umfänglich in sich geschlossen ausgebildet ist.