[0001] Die Erfindung betrifft einen Thermoschalter, insbesondere einen Temperaturbegrenzer
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
[0002] Ein bereits vorgeschlagener Schalter dieser Art hat zur thermischen Auslösung eine
Bimetallsprungscheibe, die im Ruhezsutand einseitig konkav, im erregten Zustand einseitig
konvex gebogen ist. Diese Sprungscheibe ist flächig auf einem einseitig eingespannten
biegsamen Kontaktarm durch Haltelaschen befestigt, die den Sprungscheibenrand übergreifen.
Im erregten Zustand hebt die Bimetallsprungscheibe infolge ihrer den Kontaktarm zugewandten
Konvexkrümmung das Kontaktende des Kontaktamrs von dem sockelfesten Gegenkontakt des
Schalters ab.
[0003] Entsprechend gesetzlichen Bestimmungen müssen solche Thermoschalter so beschaffen
sein, daß sie nach einer thermischen Auslösung nicht selbsttätig wieder einschalten.
Dies hat zur Folge, daß die temperaturabhängige Biegecharakteristik solcher Bimetallsprungscheiben
so ausgelegt sein muß, daß bei Abkühlung des Schalters bis in den Bereich der Umgebungstemperatur
kein Zurückklappen von der Konvex- in die Konkavstellung erfolgt. Der Rücksprungpunkt
liegt in der Praxis aus Sicherheitsgründen in der Größenordnung von beispielsweise
-20° C. Bimetallsprungscheiben dieser Art sind wegen ihrer kritischen Biegecharakteristik
nur sehr kompliziert und aufwendig herzustellen.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gesetzlichen Bestimmungen bezüglich
des Wiedereinschaltens von Thermoschaltern mit Hilfe von einfachen Bimetallsprungscheiben
mit normaler, unkritischer temperaturabhängiger Biegecharakteristik zu erfüllen. Diese
Aufgabe wird durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 1 gelöst. Wenn im Anspruch
1 von einer "Stahlsprungscheibe" die Rede ist, so ist darauf hinzuweisen, daß dabei
auch Sprungscheiben aus einem andersartigen Material zur Verwendung kommen können,
sofern diese die benötigten bistabilen Elastizitätseigenschaften aufweisen. Die Zentren
der beiden Sprungscheiben sind bewegungsmäßg aneinander gekoppelt, was beispielsweise
über einen die Scheiben durchsetzenden Kopplungsstift geschehen kann.
[0005] Durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruches. 2 wird eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung beschrieben. Durch die flächige Anlage der Sprungscheiben
aneinander ist eine besonders verzögerungsfreie Übertragung und Kopplung der Auslösekräfte
gewährleistet. Beide Scheiben werden quasi gleichzeitig aus ihrem konkaven in den
konvexen KrUmmungszustand Ubergeführt. Durch die in Kontaktöffnungsrichtung wirkende
Rücksetzvorrichtung wird die mechanische Belastung der Stahlsprungscheibe bei ihrem
Rücksetzen in die Ruhestellung verringert.
[0006] Eine besonders einfache Halterung beider Sprungscheiben am Kontaktarm ist durch das
kennzeichnende Merkmal des Anspruches 3 beschrieben. Wesentlich dabei ist, daß beide
Scheiben nicht starr miteinander und mit dem Kontaktarm verbunden, sondern etwas gegeneinander
verrUckbar gelagert sind. Dadurch werden beim Auslösevorgang keine Zugspannungen oder
Scherkräfte auf die Scheiben ausgeübt, womit die Zuverlässigkeit solcher Thermoschalter
erhöht wird.
[0007] Eine besonders einfache Ausbildung der Haltelaschen ist durch das kennzeichnende
Merkmal des Anspruches 4 möglich. Durch flächendeckungsgleicheSprungscheiben müssen
außerdem herkömmliche Thermoschalter in ihrer Grundkonstruktion nicht verändert werden.
[0008] Weiterhin ist für die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung von Bedeutung, daß
für die Sprungscheiben sowohl kreis- als auch rechteckförmige oder andersartig ausgebildete
Sprungscheiben verwendet werden können.
[0009] Ansprüche 5 ff. beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen, die die mechanische
Belastung der Sprungscheiben, insbesondere der bistabilen Stahl sprungscheibe, vermindern.
Dadurch wird die Schadensanfälligkeit solcher Thermoschalter herabgesetzt.
[0010] Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 wird die Handkraft nicht unmittelbar
auf den Rücksetzstift ausgeübt, sondern - mittelbar über eine Aufgleitschrägfläche
- durch einen gesondert vorgesehenen Betätigungsknopf, wobei die Verschieberichtung
des Betätigungsknopfes in der durch die Sprungscheiben aufgespannten Ebene erfolgt.
Dadurch ist eine sehr flache Bauweise (bezogen auf die Sprungscheibenflächen) des
Thermoschalters möglich. Als weiterhin besonders vorteilhaft erweist sich die Kraftbegrenzung,
die infolge der Kraftumlenkung (Druckrichtung des Betätigungsknopfes ist rechtwinklig
zur Verschieberichtung des Rücksetzstiftes) erzielt werden kann. Es müssen lediglich
die Steigung der Aufgleitschrägfläche entsprechend gewählt und die miteinander zusammenwirkenden
Teile des Betätigungsknopfes aus etwas nachgiebigem Material ausgebildet werden, so
daß die Kraftbegrenzung erreicht wird. Darüber hinaus ist es von Vorteil, daß die
manuell aufgebrachte Druckkraft über den Sockelboden oder aus diesem hervorstehende
Anschlußkontaktstreifen gerade in die Schalterhalterung eingeleitet wird, so daß Biegekräfte
beispielsweise auf die Anschlußkontakte (mit diesen ist in der Regel der Schalter
in einer Einsteckhalterung befestigt) vermieden werden.
[0011] Besonders vorteilhaft für die Reproduzierbarkeit der Rücksetzkraft Ist eine Ausbildung
des Schalters gemäß Anspruch 6, weitere Vorteile betreffend die Kraftbegrenzung und
die flache Bauweise ergeben sich aus der Uberlappenden Bauweise der sich gegenseitig
beeinflussenden Teile gemäß Anspruch 7.
[0012] Durch Anspruch 8 ist eine besonders weiche Kraftübertragung vom Betätigungsknopf
auf die Stahlsprungscheibe möglich.
[0013] Ansprüche 9 - 12 lehren eine kompakte, robuste und dauerhaft zuverlässig funktionierende
Bauweise der gegenseitigen FUhrungselemente, durch Anspruch 9 werden die Sprungscheiben
von den sie umgebenden Elementen wie Betätigungsknopf und Führungsorgane weitgehend
geschützt.
[0014] Die Erfindung ist anhand eines in -den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles
und einer genauen Funktionsbeschreibung näher erläutert. Insbesondere aus den Funktionsschemata
gemäß Fig. 3 - 6 werden die Erfindungsvorteile der im Anspruch 1 beschriebenen Lösung
der Aufgabe deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des neuerungsgemäßen Schalters;
Fig. 2 eine weitere Ansicht in Pfeilrichtung 11 gemäß Fig. 1, teilweise im Schnitt;
Fig. 3 Funktionsschema: Schalter im Ruhezustand;
Fig. 4 Funktionsschema: Schalter im thermischen Auslösezustand;
Fig. 5 Funktionsschema: Schalter im wiedereinschaltbereiten Zustand;
Fig. 6 Funktionsschema gemäß Fig. 3 eines Schalters mit modifizierter Kopplung der
beiden Sprungscheiben.
[0015] Der Schalter 1 weist zur thermischen Auslösung im Ruhezustand (der Ruhezustand ist
in Fig. 2, 3 und 6 dargestellt) einseitig konkav, im erregten Zustand einseitig konvex
gebogene Sprungscheiben (Bimetallsprungscheibe 2, bistabile Stahlsprungscheibe 2A)
auf, die an einem einseitig eingespannten Kontaktarm 3 im wesentlichen flächig anliegen
und durch die Scheibenränder 4 übergreifende Haltelaschen 5 befestigt sind. Im erregten
Zustand hebt die Bimetallsprungscheibe 2 durch Ausbiegung des Kontaktarmes 3 infolge
ihrer Konvexkrümmung das Kontaktende 6 von einem Gegenkontakt 7 ab, der über einen
Kontaktträger 8 an einem Schaltersockel 9 des Schalters 1 befestigt ist. Gleichzeitig
damit wird auch die bistabile Stahlsprungscheibe 2A von ihrer Konkavkrümmung in die
Konvexkrümmung überführt. Der Schalter befindet sich nun in seinem thermischen Auslösezustand
analog der schematischen Darstellung in Fig. 4. Der durch den Thermoschalter geschützte
Stromkreis ist unterbrochen. Bei Abkühlen der Bimetallsprungscheibe 2 schnappt diese
bei Erreichen einer bestimmten Temperatur wieder in ihre Konkavstellung gemäß Fig.
5 zurück.
[0016] Den gesetzlichen Bestimmungen entsprechend wird jedoch der Kontakt nicht wieder geschlossen,
da die bistabile Stahlsprungscheibe 2A weiterhin in ihrer Konvexstellung verbleibt
und damit eine den Kontakt offenhaltende Gegenkraft aufbaut. Das Verbleiben in dieser
Stellung wird dadurch gewährleistet, daß beide Sprungscheiben 2, 2A miteinander und
diese mit dem Kontaktarm 3 nicht starr verbunden sind. Damit kann kein Biegemoment
von der Bimetallsprungscheibe auf die bistabile Stahlsprungscheibe ausgeübt werden.
Das manuelle Rücksetzen des Schalters in die geschlossene Stellung analog Fig. 3 erfolgt
durch den Rücksetzstift 10, der am Schaltersockel 9 mittelbar befestigt und rechtwinklig
zur Stahlsprungscheibenfläche axial verschiebbar angeordnet ist. Er beaufschlagt etwa
das Zentrum 11 der Stahl sprungscheibe 2A in Kontaktöffnungsrichtung durch Druck auf
einen Betätigungsknopf 16.
[0017] An dem den Sprungscheiben 2, 2A abgewandten Ende 12 des Rücksetzstiftes 10 ist eine
Aufgleitschrägfläche 13 vorgesehen, die mit einem Vorsprung 14 am inneren Ende 15
des Betätigungsknopfes 16 zusammenwirkt, der rechtwinklig zum Rücksetzstift verschiebbar
am Schaltersockel 9 geführt ist. Die Aufgleitschrägfläche 13 ist derart zum Betätigungsende
17 des Betätigungsknopfes 16 hingeneigt, daß der Rücksetzstift 10 beim Eindrücken
des Betätigungsknopfes 16 in Pfeilrichtung 18 in Pfeilrichtung 19 verschoben wird.
[0018] Gehalten ist der Rücksetzstift 10 mit seinem den Sprungscheiben abgewandten Ende
12 an einem biegeelastischen Sockel vorsprung 20, der an seiner der Stahlsprungscheibe
2A abgewandten Rückseite 21 die Aufgleitschrägfläche 13 trägt. Der Sockel vorsprung
20 ist als in Verschieberichtung 18 des Betätigungsknopfes 16 verlaufende Rippe ausgebildet,
deren mit der Aufgieitschrägfläche 13 versehenes Schwenkende 22 von dem ebenfalls
rippenförmig ausgebildeten inneren Ende 15 des Betätigungsknopfes 16 überlappt ist.
[0019] Das rippenartige innere Ende 15 des Betätigungsknopfes 16 ist darüber hinaus rechtwinklig
zur Verschieberichtung 18 federnd ausgebildet, so daß es beim Aufgleiten auf die Aufgleitschrägfläche
in Pfeilrichtung 23 ausfedern kann.
[0020] Der Betätigungsknopf 16 ist auf einem U-förmigen Bügel 24 des Schaltersockels 9 gelagert,
der den den Rücksetzstift 10 tragenden Sockel vorsprung 20 umgreift und mit diesem
im wesentlichen gleichebig ausgebildet ist. An den Außenseiten 25 seiner U-Schenkel
26 ist der Bügel 24 mit Längsführungen (Nuten) versehen, in welchen Führungselemente
(Stege) von am Betätigungsknopf 16 angeordneten, in Verschieberichtung parallel zu
den U-Schenkeln weisenden seitlichen Längsvorsprüngen 27 verschiebbar gelagert sind.
[0021] Der Bügel 24 ist mit einem Teil des Schaltersockels 9, die Längsvorsprünge 27 mit
dem Betätigungsknopf 16 einstückig aus Kunststoff gespritzt.
[0022] Der Betätigungsknopf 16 ist an seiner Unterseite 29 mit einem zapfenartigen Führungsvorsprung
30 versehen, der quer zur Verschieberichtung 18 geschlitzt ist und mit seinem Schlitz
einen flächig in Verschieberichtung liegenden Kontaktarmhalter 31 übergreift bzw.
auf diesem geführt ist. In einer Sacklochausnehmung 32 des Führungsvorsprunges 30
ist eine Druckfeder 33 gelagert, die sich mit ihrem schalterinneren Ende an der dem
Betätigungsknopf 16 zugewandten Kante 34 des Kontaktarmhalters 31 abstützt.
[0023] Die Mittellängsachse 35 des Betätigungsknopfes 16 verläuft etwa in der Erstreckungsebene
der Sprungscheiben 2, 2A, die etwa die Mittellängsebene des Schalters 1 bildet. Die
Führungsorgane (U-förmiger Bügel 24 sowie die Längsvorsprünge 27 des Betätigungsknopfes
16) sind gegenüber der Mittellängsebene versetzt angeordnet, was sich insbesondere
aus der Ansicht gemäß Fig. 2 ergibt.
[0024] In Fig. 1 ist besonders deutlich zu sehen, daß die LängsvorsprUnge 27 an ihrem dem
Betätigungsknopf abgewandten unteren Ende mit nach innen weisenden klauenartigen Fortsätzen
36 versehen sind, die in Seitenausnehm ungen 37 des U-förmigen Bügels eingreifen,
deren Länge etwa dem Verschiebeweg des Betätigungsknopfes 16 entspricht. Der U-förmige
Bügel 24 ist im Übergangsbereich der U-Schenkel in das Querhaupt 38 mit Abschrägungen
39 versehen.
[0025] Fig. 6 entspricht im wesentlichen der Darstellung gemäß Fig. 3, allerdings sind die
Lagen von Bimetallsprungscheibe und Stahlsprungscheibe vertauscht. Die Bewegungskopplung
der Zentren der beiden Sprungscheiben erfolgt über ein beispielsweise als die beiden
Scheiben gemeinsam durchsetzendes Kopplungselement in Form eines Nietes oder Stiftes
40. Dies führt im Gegensatz zur vorbeschriebenen Ausführungsform des Schalters gemäß
Fig. 3 - 5 allerdings dazu, daß die Bimetallsprungscheibe bei Abkühlung unter die
Rücksprungtemperatur nicht in die in Fig. 5 dargestellte Konkavstellung springen kann,
sondern durch die Kraft der Stahlsprungscheibe in der den Kontakt offenhaltenden Konvexstellung
verbleibt. Die Rücksetzung der Bimetallsprungscheibe in die Konkavstellung erfolgt
zusammen mit der Stahlsprungscheibe durch den Rücksetzstift 10.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0026]
1 Schalter
2 Bimetallsprungscheibe
2A bistabile Stahlsprungscheibe
3 Kontaktarm
4 Scheibenrand
5 Haltelaschen
6 Kontaktende
7 Gegenkontakt
8 Kontaktträger
9 Schaltersockel
10 Rücksetzstift
11 Zentrum von 2A
12 Ende von 10
13 Aufgleitschrägfläche
14 Vorsprung
15 Ende
16 Betätigungsknopf
17 Betätigungsende
18 Pfeilrichtung
19 Pfeilrichtung
20 Sockel vorsprung
21 Rückseite
22 Schwenkende
23 Pfeilrichtung
24 Bügel
25 Außenseiten
26 U-Schenkel
27 Längsvorsprung
28 Stege
29 Unterseite
30 Führungsvorsprung
31 Kontaktarmhalter
32 Sacklochausnehmung
33 Druckfeder
34 Kante
35 Mittellängsachse
36 Fortsätze
37 Ausnehmungen
38 Querhaupt
39 Abschrägung
40 Niet
1. Thermoschalter, insbesondere Temperaturbegrenzer mit folgenden Merkmalen:
- Der Schalter weist einen einseitig eingespannten, biegsamen Kontaktarm auf,
-- der zur thermischen Auslösung eine in Ruhestellung konkav auf sich zu gewölbte
Bimetallsprungscheibe trägt und
-- dessen Kontaktarmende im thermischen Auslösezustand durch Umklappen der Bimetallsprungscheibe
aus ihrer Konkav- in die KonvexkrUmmung von einem Gegenkontakt des Schalters abgehoben
wird,
- an einem Schaltersockel ist eine etwa in Kontaktöffnungsrichtung wirkende Rücksetzvorrichtung
(Rücksetzstift) angeordnet, gekennzeichnet durch eine an der Bimetallsprungscheibe
(2) und/oder dem Kontaktarm (3) anliegende, an die Auslösebewegung des Zentrums der
Bimetallsprungscheibe (2) gekoppelte, bistabile Stahlsprungscheibe (2A).
2. Schalter nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- Die zwischen der Bimetallsprungscheibe (2) und dem Kontaktarm (3) einliegende bistabile
Stahlsprungscheibe (2A) liegt in Ruhestellung flächig an der Bimetallsprungscheibe
(2) an,
- bei der thermischen Auslösung ist die Stahlsprungscheibe (2A) mittels Kraftbeaufschlagung
durch die Bimetallsprungscheibe (2) und den Kontaktarm (3) ebenfalls aus ihrem konvexen
in den konkaven Krümmungszustand überführbar,
- im thermischen Auslösezustand ist die konvex gewölbte Fläche der Stahlsprungscheibe
(2A) unmittelbar oder über die parallel zu dieser verlaufenden Kontaktarmfläche mittelbar
von der Rücksetzvorrichtuna (Rücksetzstift 10) in Kontaktöffnungsrichtung (19) beaufschlagbar.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Stahlsprungscheibe
(2A) und die Bimetallsprungscheibe (2) gemeinsam durch diese beiden Bauteile in ihrem
Randbereich mit Beweglichkeitsspiel übergreifende, am Kontaktarm (3) angeformte Haltelaschen
(5) gelagert werden.
4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
bistabile Stahlsprungscheibe (2A) flächendeckungsgleich mit der Bimetallsprungscheibe
(2) ausgebildet ist.
5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- Die Rücksetzvorrichtung ist als ein etwa rechtwinklig zu den Sprungscheiben (2,
2A) axial verschiebbarer Rücksetzstift (10) ausgebildet,
- an dem den Sprungscheiben (2, 2A) abgewandten Ende (12) des Rücksetzstiftes (10)
ist eine Aufgleitschrägfläche (13) angeordnet,
- ein Betätigungsknopf (16) zur manuellen Rücksetzung der Stahlsprungscheibe (2A)
in die konkave Ruhezustand-Stellung ist rechtwinklig zur Längsachse des Rücksetzstiftes
(10) verschiebbar an einem Schaltersockel (9) gelagert und beaufschlagt mit seinem
dem Betätigungsende (17) angewandten inneren Ende (15) die schräg zum Betätigungsende
(17) hinweisende Aufgleitschrägfläche (13).
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücksetzstift (10) mit
seinem den Sprungscheiben (2, 2A) abgewandten Ende (12) an einem biegeelastischen
Sockel vorsprung (20) angeordnet ist, der an seiner den Sprungscheiben (2, 2A) abgewandten
Rückseite (21) die Aufgleitschrägfläche (13) trägt.
7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel vorsprung
(20) als in Verschieberichtung (18) des Betätigungsknopfes (16) verlaufende Rippe
ausgebildet ist, deren mit der Aufgleitschrägfläche (13) versehenes Schwenkende (22)
von dem ebenfalls rippenförmig ausgebildeten inneren Ende (15) des Betätigungsknopfes
(16) überlappt ist.
8. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das innere rippenartige Ende (16) des Betätigungsknopfes (16) rechtwinklig zu
dessen Verschieberichtung (18) federnd ausgebildet ist.
9. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betätigungsknopf (16) auf einem U-förmigen Bügel (24) des Schaltersockels
(9) gelagert ist, der den den Rücksetzstift (10) tragenden Sockelvorsprung (20) umgreift
und mit diesem im wesentlichen gleichebig verläuft sowie an den Außenseiten (25) seiner
U-Schenkel (26) mit Längsführungen versehen ist, in welchen Führungselemente (Stege
28) von am Betätigungsknopf (16) angeordneten, in Verschieberichtung (18) weisenden
seitlichen Längsvorsprüngen (27) verschiebbar gelagert sind.
10. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bügel (24) mit einem Sockelteil, die Längsvorsprünge (27) mit dem Betätigungsknopf
(16) einstückig aus Kunststoff ausgebildet sind.
11. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betätigungsknopf (16) mit einem an seiner Unterseite (29) angeordneten, quer
zur Verschieberichtung (18) geschlitzten zapfenartigen Führungsvorsprung (30) einen
etwa parallel zu den Sprungscheiben (2, 2A) verlaufenden plattenförmigen Kontaktarmhalter
(31) übergreift.
12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 11, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Sackloch-Ausnehmung (32) des Führungsvorsprunges (30) eine Druckfeder
(33) angeordnet ist, die an der dem Betätigungsknopf (16) zugewandten Kante (34) des
Kontaktarmhalters (31) abgestützt ist.
13. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittellängsachse (35) des Betätigungsknopfes (16) etwa in der Erstreckungsebene
(Mittellängsebene des Schalters) der Sprungscheiben liegt und die Führungsorgane (U-förmiger
Bügel 24 mit Längsführungen, Längsvorsprünge 27 des Betätigungsknopfes 16) gegenüber
der Mittellängsebene seitenversetzt angeordnet sind.
14. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltersockel (9) aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Isolierstoffteilen
besteht, deren eines in Richtung des Betätigungsknopfes (16) einstückig in den U-förmigen
Bügel (24) übergeht.
15. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsvorsprünge (27) an ihrem dem Betätigungsknopf (16) abgewandten Ende mit
nach innen weisenden klauenartigen Fortsätzen (36) versehen sind, die in Seitenausnehmungen
(37) des U-förmigen Bügels (24) eingreifen, deren Länge etwa dem Verschiebeweg des
Betätigungsknopfes (16) entspricht.
16. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 - 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der U-förmige Bügel (24) im Übergangsbereich der U-Schenkel (26) in das Querhaupt
(38) mit Abschrägungen versehen ist.