[0001] Die Erfindung geht aus von einem Bimetallschutzschalter mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus der US-PS 3 272 944
bekannt.
[0002] Die US-PS 3 272 944 zeigt einen in Glas eingeschmolzenen Bimetallschutzschalter.
Zum Stand der Technik wird darin erwähnt, es sei bekannt, den Schalter durch einen
Wolframdraht als Widerstand zu überbrücken, welcher durch Strahlungswärme auf das
Bimetallelement einwirkt und sehr heiß wird. Diese Lösung ist praktisch beschränkt
auf in Glaskolben hermetisch eingeschlossene Bimetallschutzschalter, und wie die US-PS
3 272 944 selbst dazu sagt, ist er stoßempfindlich und besitzt nur eine geringe Lebensdauer.
[0003] Der in der US-PS 3 272 944 als neu beanspruchte Bimetallschutzschalter ist ebenfalls
in Glas eingeschmolzen. Die Zuleitungen zum Schalter laufen in üblicher Weise durch
einen Glassockel, und dieser ist dort, wo die Zuleitungen im Inneren des Kolbens austreten,
mit einem Widerstandsmaterial beschichtet, welches einen Nebenschluß zwischen den
Zuleitungen bewirkt. Die bei geöffnetem Schalter in diesem Widerstand erzeugte Wärme
soll durch Wärmeleitung über die Zuleitungen, also sehr konzentriert, auf das Bimetallelement
übertragen werden. Das bedeutet, daß die Zuleitungen eine Temperatur erreichen müssen,
die weit oberhalb der Schalttemperatur des Schalters liegt. Dadurch wiid praktisch
ausgeschlossen, daß dieses. Bauprinzip auf andere als in Glas eingekapselte Bimetallschutzschalter
übertragbar ist.
[0004] Es kommt als Nachteil hinzu, daß die Erzeugung des Widerstands in situ auf dem Glassockel
mühsam ist und zu stark schwankenden Widerstandswerten innerhalb einer Serie führt,
wodurch es nötig ist, die nominelle Heizleistung des Widerstands sicherheitshalber
so hoch anzusetzen, daß auch die am unteren Rand des Schwankungsbereichs der Widerstandswerte
gelegenen Widerstände noch zum Offenhalten des Bimetallschutzschalters ausreichen.
Daraus folgt, daß das Gros der Bimetallschutzschalter viel heißer wird, als an sich
nötig wäre, wodurch die Einsatzmöglich
- keiten des Schalters begrenzt werden.
[0005] Die DE-OS 29 27 475 weist einen Bimetallschutzschalter als bekannt nach, der durch
einen Thermistor überbrückt ist und durch dessen.Heizleistung offen gehalten werden
kann. Auch in diesem Fall ist der Bimetallschutzschalter in einem Glaskolben untergebracht.
Die beiden Zuleitungen zu den Schaltkontakten führen durch den Thermistor hindurch
und leiten dessen Wärme ab und übertragen sie auf das Bimetallelement. Insoweit bestehen
ähnliche Nachteile wie beim Schalter der US-PS 3 272 944. Es kommt hinzu, daß Thermistoren
stark streuende Widerstandswerte aufweisen, als keramische Elemente vibrationsempfindlich
sind und darüberhinaus relativ teuer sind.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen durch einen preiswerten,von
Hand rückstellbaren Bimetallschutzschalter, welcher nicht in Glaskolben gekapselt
sein muß, sondern in offener Bauweise oder auch in Kunststoffgehäuse gekapselt sein
kann, bei dem die Gefahr einer lokalen Überhitzung klein gehalten und die Heizleistung
des überbrückenden Widerstands recht genau einstellbar ist.
[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0008] Der Widerstandswert des Dickschichtwiderstands wird in Anpassung an die jeweilige
Schalt- und Oberwachungsaufgabe des Schutzschalters so gewählt, daß bei geschlossenem
Schutzschalter (ungestörter Betrieb des überwachten Gerätes) der'weit überwiegende
Teil des über den Bimetallschutzschalter fließenden Stromes den Weg über die Kontaktfeder
und die geschlossenen Schaltkontakte nimmt und nur ein verhältnismäßig kleiner Teil
des Stromes über den parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dickschichtwiderstand
fließt, sodaß die im Dickschichtwiderstand erzeugte ohmsche Wärme nicht ausreicht,
um das Bimetallelement des Schutzschalters auf seine Schalttemperatur zu erwärmen.
Der Widerstandswert ist andererseits so zu wählen, daß bei geöffnetem Schalter die
infolge höheren Stromdurchgangs durch den Dickschichtwiderstand erzeugte ohmsche Wärme
ausreicht, um das Bimetallelement oberhalb seiner Schalttemperatur und mithin den
Schalter offen zu halten. Die dazu benötigte Heizleistung liegt typisch in der Größenordnung
von einigen Watt; bei einer Speisespannung von 220 V liegen geeignete Widerstandswerte
für den Dickschichtwiderstand in der Größenordnung von 10 kΩ , z.B. zwischen 5 kΩ
und 25 kΩ..
[0009] Die Rückstellung des Bimetallschutzschalters erfolgt durch Unterbrechung der Stromzufuhr
zum Dickschichtwiderstand. Dies kann im einfachsten Fall durch Ziehen des Netzsteckers
oder durch öffnen eines ohnehin vorhandenen Netzschalters erfolgen; es kann zu diesem
Zweck aber auch ein gesonderter Unterbrecherschalter vorgesehen sein. Ein solcher
Schalter kann grundsätzlich an beliebiger Stelle des Gerätes vorgesehen sein; sodaß
dadurch keine besonderen Einbauprobleme-für den rückstellbaren Schutzschalter entstehen.
Da der Schutzschalter eine elektrische Zuleitung in jedem Fall benötigt, entsteht
auch dadurch kein gesondertes Einbauproblem für den neuartigen Schutzschalter. Der
erfindungsgemäße Schalter ist anders als andere Bimetallschutzschalter ein auf elektrischem
Wege einfach - nämlich durch zeitweise Stromunterbrechung - rückstellbares bistabiles
Element und kann deshalb auch zur Herstellung von logischen Verknüpfungen eingesetzt
werden. Er eignet sich besonders zum Einbau in elektrische Kleingeräte, Einbauthermostate,
Kleinmotoren, Kleintransformatoren, Küchen-und Haushaltsgeräte u.ä.
[0010] Dank seines plattenförmigen Aufbaus kann der Dickschichtwiderstand seine Warme über
eine große Fläche verteilt abgeben, z.B. kine Gehäusewand eines in Kunststoff gekapselten
Bimetallschalters übertragen, indem man ihn auf diese Gehäusewand auflegt, oder auf
den isolierenden Träger eines offenen Schalters übertragen, indem der Dickschichtwiderstand
z.B. an dessen Unterseite angeordnet wird. Die zum Offenhalten des Thermoschalters
benötigte Heizleistung, welche typisch einige wenige Watt beträgt, verteilt sich über
eine größere Fläche, sodaß lokale Überhitzungen, welche den Bimetallschutzschalter
verformen oder sonstwie schädigen könnten (vor allem, wenn der isolierende Träger
bzw. das isolierende Gehäuse aus einem Kunststoff bestehen), bei Verwendung von Dickschichtwiderständen
nicht zu befürchten sind.
[0011] Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Dickschichtwiderständen liegt darin, daß
sie durch Trimmen mittels eines Laserstrahles sehr exakt auf ihren Nennwert des Widerstandes
eingestellt werden können; dementsprechend klein sind die Abweichungen vom Nennwert
des Widerstandes innerhalb einer Serie und man muß - anders als bei den bekannten
Bimetallschutzschaltern - keine "Heizleistungsreserve" zur Sicherheit einplanen.
[0012] Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Dickschichtwiderständen liegt darin, daß
es ohne weiteres möglich ist, die Grundfläche des Widerstandes den geometrischen Vorgaben
des Bimetallschutzschalters anzupassen, sodaß für jeden Bimetallschutzschalter ein
optimaler Wärmeübergang vom Dickschichtwiderstand auf das Bimetallelement erzielt
werden kann.
[0013] Obendrein ist der Dickschichtwiderstand noch ein sehr preiswertes Bauelement. Erst
durch seinen Einsatz kann dem Bimetallschutzschalter mit Selbsthaltung ein nahezu
unbegrenztes Einsatzgebiet erschlossen werden.
[0014] üblicherweise befinden sich bei einem Bimetallschutzschalter der ruhende Schaltkontakt
und die Kontaktfeder mit dem beweglichen Schaltkontakt auf einer Seite eines elektrisch
isolierenden Trägers. Es wird bevorzugt, den Dickschichtwiderstand in diesem Fall
auf der anderen Seite des Trägers anzuordnen und insbesondere zwischen dem Dickschichtwiderstand
und dem Bimetallelement bzw. der Kontaktfeder auf der anderen Seite des Trägers eine
Durchbrechung im Träger vorzusehen, wodurch der Wärmeübergang vom Dickschichtwiderstand
auf das Bimetallelement erleichtert wird.
[0015] Zweckmäßigerweise wird der Dickschichtwiderstand unmittelbar an den ohnehin vorhandenen
Anschlußfahnen bzw. -stiften des Bimetallschutzschalters befestigt. Um diese Befestigung
nicht durch Maßabweichungen innerhalb einer Serie zu erschweren und insbesondere um
eine automatische Befestigung zu erleichtern, werden die Anschlußfahnen oder -stifte
mit Vorteil zunächst einstückig in dem Träger fixiert, z.B. mit Kunststoff umspritzt,
danach getrennt, insbesondere im Bereich einer im mittleren Abschnitt des Trägers
vorgesehenen Durchbrechung, und auf den getrennten Anschlußfahnen oder -stiften wird
dann der Widerstand z.B. durch Löten befestigt. Die derart in den Träger eingebetteten
Anschlußfahnen weisen zwangsläufig innerhalb einer Serie stets dieselben Lagen relativ
zueinander auf, sodaß die Verbindungspunkte mit dem Dickschichtwiderstand immer an
denselben Stellen auf den Anschlußfahnen bzw. -stiften liegen können.
[0016] Je nach Schalt- und Überwachungsaufgabe kann das Bimetallelement die Kontaktfeder
selbst sein (z.B. wenn der Schutzschalter ein Oberstromschutzschalter ist, welcher
den über seine Schaltkontakte fließenden Strom überwacht), oder kann ein von der Kontaktfeder
gesondertes, aber auf die Kontaktfeder einwirkendes Element sein. Im letzteren Falle
wird eine Ausbildung des Bimetallelements als Schnappscheibe bevorzugt, weil diese
eine besonders scharf definierte Schalttemperatur aufweist und einen besonders großen
Kontakthub bei der Kontakttrennung bewirkt, was sich günstig sowohl auf die Schaltsicherheit
als auch auf die Zuverlässigkeit des Offenhaltens des Schutzschalters auswirkt. Aber
auch bei Bimetallschutzschaltern, deren Bimetallelement keine Schnappscheibe ist,
wird die Schaltsicherheit unter Vermeidung von unerwünschten Schaltspielen beim Ansprechen
des schleichend abhebenden beweglichen Kontaktstückes erhöht, weil bereits beim ersten
öffnen des Schalters die Beheizung des Bimetallelements verstärkt und dadurch der
Öffnungsvorgang des Schalters beschleunigt wird.
[0017] Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß Bimetallschaiter, welche durch einen
Dickschichtwiderstand beheizt werden, aus dem DE-GM 79 20 923 bekannt sind; es handelt
sich dabei jedoch nicht um Sicherheitsausschalter, sondern um thermische Zeitschalter,
deren Aufgabe es ist, nach einem Schaltvorgang den Zeitschalter nach einer durch die
Heizleistung bestimmten Zeitspanne ansprechen zu lassen. Eine Überbrückung des Schalters
durch den Widerstand ist ebensowenig beschrieben, wie seine Nutzung zum Offenhalten
des Schalters bis zu einer willkürlichen Rückstellung. Ein typisches Anwendungsbeispiel
für einen solchen bekannten Zeitschalter wäre ein Treppenlichtschalter, welcher nach
vorbestimmter Zeitspanne nach dem Einschalten von Licht im Treppenhaus dieses selbsttätig
wieder ausschaltet.
[0018] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die beiliegende vereinfachte Zeichnung.
Es handelt'sich um einen Schnitt durch die vertikale Längsmittelebene eines nicht
gekapselten Schutzschalters. (Die Erfindung ist natürlich auch auf gekapselte Schalter
anwendbar). In einen elektrisch isolierenden flachen Träger 1 eingebettet sind zwei
elektrische Anschlußfahnen 2 und 3 mit Lötösen 4 und 5. Aus den Anschlußfahnen 2 und
3 sind Zungen 7 und 8 ausgestanzt, stufenförmig hochgestellt und ebenfalls abschnittweise
in den Träger 1 eingebettet. Die Zungen 7 und 8 liegen in Höhe und parallel zur Oberseite
9 des Trägers 1, die Anschlußfahnen 2 und 3 liegen in Höhe und parallel zur Unterseite
6 des Trägers 1.
[0019] Auf der einen Zunge 8 ist mit ihrem einen Ende eine Kontaktfeder 10 befestigt, welche
an ihrem beweglichen Ende einen Schaltkontakt 11 trägt, der mit einem ruhenden Schaltkontakt
12 zusammenarbeitet, welcher auf der anderen Zunge 7 befestigt ist. Zwischen Haken
15 vornund hinten auf der Kontaktfeder 10 und Laschen 17 seitlich an der Kontaktfeder
10 ist eine Bimetallschnappscheibe 16 lose gehalten.
[0020] An der Unterseite des Trägers 1 ist ein Dickschichtwiderstand 18 angeordnet, welcher
üblicherweise die Gestalt einer flachen, beschichteten Keramikplatte hat.
[0021] Seine beiden starren Anschlußfahnen 20, 21 führen in entgegengesetzte Richtungen
vom Dickschichtwiderstand 18 fort und sind mit den Anschlußfahnen 2 bzw. 3 des Schutzschalters
verlötet.
[0022] Der Träger 1 besitzt eine von unten nach oben durchgehende Durchbrechung 19, durch
welche die im Dickschichtwiderstand 18 erzeugte ohmsche Wärme zur Kontaktfeder 10
und zur Schnappscheibe 16 gelangen kann.
[0023] Bei eingebautem und geschlossenem Schalter fließt der Strom weit überwiegend über
die Schaltkontakte 11 und 12 und nur zu einem geringen Teil über den Dickschichtwiderstand
18. Spricht jedoch der Schalter an und öffnet, dann fließt der Strom nur noch über
den Dickschichtwiderstand 18, dieser heizt sich auf und gibt soviel Wärme an die Schnappscheibe
16 ab, daß diese oberhalb ihrer Schalttemperatur bleibt, solange der Strom durch den
Dickschichtwiderstand 18 nicht unterbrochen wird.
1. Bimetallschutzschalter, welcher bei überschreiten einer vorgewählten Temperatur
durch ein Bimetallelement geöffnet und durch einen ohmschen Widerstand, welcher den
Schalter überbrückt, in geöffnetem Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Widerstand (19) ein Dickschichtwiderstand ist.
2. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder
(10) mit dem beweglichen Schaltkontakt (11) und der ruhende Schaltkontakt (12) des
Bimetallschutzschalters auf der einen Seite eines elektrisch isolierenden Trägers
(1) angeordnet sind.
3. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand
(18) auf der gegenüberliegenden Seite des isolierenden Trägers (1) angeordnet ist
und daß dieser zwischen dem Widerstand (18) und der Kontaktfeder (10) durchbrochen
ist.
4. Bimetallschutzschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bimetallelement (16) eine Schnappscheibe ist.
5. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe
(16) durch Haken (15), Laschen (17) oder dergl.. Halterungen auf der Oberseite oder
Unterseite der Kontaktfeder (10) gehalten ist.
6. Bimetallschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktfeder selbst das.Bimetallelement ist.
7. Bimetallschutzschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Widerstand (18) an den Anschlußfahnen (2,3) bzw. -stiftten des Bimetallzschutzschalters
befestigt ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Bimetallschutzschalters mit den Merkmalen gemäß
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußfahnen (2,3) zunächst einstückig
zusammenhängend im isolierenden Träger (1) fixiert und anschließend - z.B. durch einen
Stanzvorgang- voneinander getrennt werden, und daß danach der Widerstand (18) an den
Anschlußfahnen (2, 3) bzw.-stiften befestigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung eines Bimetallschutzschalters gemäß Anspruch
3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußfahnen (2,3) bzw. stifte im Bereich
der Durchbrechung (19) des Trägers (1) voneinander getrennt werden.