[0001] Die Erfindung betrifft ein thermisches Schaltelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1.
[0002] Aus DE 35 16 041 ist ein Temperaturbegrenzer bekannt, in dessen Gehäuse in Parallellage
eine im wesentlichen kreisförmige Bimetallsprungscheibe und eine bistabil auswölbende
Stahlscheibe angeordnet sind, wobei die Bimetallsprungscheibe im herkömmlicher Weise
in ihrem Randbereich derart gelagert ist, daß sie sich zentral oberhalb einer Sprungtemperatur
in eine erste Richtung (A) und unterhalb einer Rücksprungtemperatur in eine entgegengesetzte
zweite Richtung (B) wölbt.
[0003] Die zusammen mit der Bimetallsprungscheibe ebenfalls randseitig gelagerte Stahlscheibe
ist bei Wölbung der Bimetallsprungscheibe ebenfalls in eine erste Richtung (A) durchstellbar
und öffnet dabei über ein sie mittig beaufschlagendes Stellglied einen den Stromfluß
zu einem elektrischen Heizelement unterbrechenden Schaltkontakt. Der Schaltkontakt
kann durch manuellen zentralen Druck auf das Stellglied in Richtung B geschlossen
werden. An der Randzone der Stahlscheibe ist ein Rückstellarm flächig angeordnet,
dessen äußeres Ende über einen Ausschalttaster beaufschlagbar ist, so daß der Schaltkontakt
auch manuell unterbrochen werden kann.
[0004] Bei dem bekannten Stand der Technik führt der gesondert an den Randbereich der Stahlscheibe
angebrachte Rückstellarm dazu, daß sich das gesamte Durchstellverhalten der Scheibe
verändert und somit reproduzierbare Schalt- oder Stellverhältnisse nur schwer zu erreichen
sind. Außerdem ist der Herstellvorgang aufwendig und die Toleranzen für die Stellkräfte
sind schwierig zu beherrschen.
[0005] Zusätzlich besteht generell die Gefahr, daß ein Luftspalt zwischen der Wärmeübertragungsplatte
und der Bimetallsprungscheibe auftritt, so daß sich die Schaltverhältnisse des gesamten
Schalters gravierend ändern können.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Schaltelement, wie es aus
dem geschilderten Stand der Technik bekannt ist, derart weiterzubilden, daß reproduzierbare
Schalt- und Stellverhältnisse vorliegen und zugleich der thermische Kontakt der Bimetallsprungscheibe
mit der Wärmeübertragungsplatte gewährleistet wird.
[0007] Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 17.
[0008] Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß ein Spreizelement zur Sicherstellung der Kontaktierung
der Bimetallsprungscheibe mit der Wärmeübertragungsplatte vorgesehen ist, wobei das
Spreizelement als Spreizelementring ausgebildet ist und mindestens einen radial nach
innen abstehenden Spreizlappen aufweist und auf der Bimetallsprungscheibe aufliegt.
Der Spreizelementring stützt sich somit mit seinen Spreizlappen am Gehäuse ab und
drückt mit seinem Randbereich die Bimetallsprungscheibe auf die Wärmeübertragungsplatte,
so daß der thermische Kontakt der Bimetallsprungscheibe mit der Wärmeübertragungsplatte
stets gewährleistet ist.
[0009] Vorteilhafterweise stehen dabei die Spreizlappen aus der Ebene des Spreizelementrings
nach oben heraus, so daß die Spreizlappen gegen das Gehäuse gerichtet sind und so
der Spreizelementring mit der notwendigen Kraft auf die Bimetallsprungscheibe drückt.
Bei einer Wölbung der Bimetallsprungscheibe in Richtung A geben die Spreizlappen leicht
nach, so daß das die Bimetallsprungscheibe beaufschlagende Stellglied ebenfalls sich
in Richtung A bewegt und damit den Kontakt unterbricht.
[0010] Bei Temperaturabkühlung springt sodann die Bimetallsprungscheibe in den "kühlen"
Zustand in Richtung B zurück, wobei die Spreizlappen weiterhin für den thermischen
Kontakt zwischen Bimetallsprungscheibe und Wärmeübertragungsplatte sorgen.
[0011] Der Spreizelementring kann mindestens zwei Spreizlappen aufweisen, die sich radial
gegenüber liegen, so daß ein symmetrischer und damit gleichmäßig verteilter Druck
auf die Bimetallsprungscheibe ausgeübt wird.
[0012] Sind am Spreizelementring im rechten Winkel zu den Spreizlappen zusätzliche Verbreiterungen
vorgesehen, die in den Ringinnenbereich abstehen und kürzer als die Spreizlappen sind,
so dienen diese der Verstärkung des Spreizelementrings und verhindern ein Durchbiegen
an dieser stark belasteten Stelle.
[0013] Durch die zusätzlich am Spreizelementring vorgesehenen Verbreiterungen bildet der
Ringbereich zwischen den Verbreiterungen und den Wurzeln der Spreizlappen Sollbiegestellen,
womit eine übermäßige Belastung im Bereich der Verbreiterungen, falls diese nicht
vorhanden wären, vermieden wird.
[0014] Die Länge 1 der Verbreiterung kann etwa 5 %, die Breite b in Ringumlaufrichtung etwa
20 % des Ringdurchmessers (2r) betragen, so daß die notwendige Versteifung am Ringbereich
und die Verlagerung der Sollbiegestelle auf den Ringbereich zwischen Verbreiterungen
und den Wurzeln der Spreizlappen gewährleistet ist.
[0015] Vorteilhafterweise kann der Spreizelementring zwischen der Bimetallsprungscheibe
und einer Stahlscheibe angeordnet sein, wobei der Spreizelementring in Ruhelage eben
ist. In dieser Kombination spreizt der Spreizelementring die Bimetallsprungscheibe
und die Stahlscheibe auseinander.
[0016] Bei dem zwischen Bimetallsprungscheibe und Stahlscheibe angeordneten Spreizelementring
setzt sich mindestens einer der Spreizlappen radial vom Spreizelementring nach außen
zur Bildung eines Stellflügels fort, um den elektrischen Kontakt manuell von außen
über den Stellflügel unterbrechen zu können.
[0017] Vorzugsweise beträgt die Länge L1 des/der Stellflügel(s) vom äußeren Umfangs des
Spreizelementrings etwa mindestens r/2 und höchstens 2r zur Bereitstellung der notwendigen
Länge für den Hebelarm.
[0018] Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Spreizelementring zusammen mit den Spreizlappen
in Ruhestellung eben ist und dabei die Bimetallsprungscheibe und die Stahlscheibe
auseinanderspreizt, so daß die Bimetallsprungscheibe in unerregtem Zustand mit ihrem
Zentrum auf der Wärmeübertragungsplatte aufliegt und randseitig den Spreizelementring
trägt sowie die inneren Enden der Spreizlappen das Zentrum der nach oben gewölbten
Stahlscheibe abstützen, deren nach oben stehender Randbereich sich am Gehäuse, insbesondere
an einem Keramiksockel abstützt.
[0019] In dieser Kombination übt der Spreizelementring eine Doppelfunktion aus, nämlich
die Stellfunktion und die Spreizfunktion. Die Stellfunktion wird dadurch erreicht,
daß beim Spreizelementring durch Beaufschlagung des Betätigungsendes eines Stellflügels
Sollbiegestellen im Bereich zwischen den Verbreiterungen und den Wurzeln der Spreizlappen
entstehen, die Spreizlappen jedoch gegenüber dem Ring relativ stabil und steif bleiben
und damit eine Stellfunktion auf das Zentrum der Stahlscheibe ausüben. Die Spreizfunktrion
zwischen Bimetallsprungscheibe und Stahlscheibe wurde oben bereits erläutert.
[0020] Das Betätigungsende des Stellflügels kann auch aus dem Gehäuse herausstehen und somit
außerhalb des Gehäuses durch ein entsprechendes Stellglied beaufschlagbar sein.
[0021] Vorteilhafterweise ist mindestens ein Stellflügel außerhalb des Ringbereichs des
Spreizelementrings nach oben abgebogen, damit nach unten in Richtung Wärmeübertragungsplatte
genügend Raum zur Beaufschlagung des Stellflügels bleibt, um die Spreizlappen für
die Stellfunktion ausreichend nach oben durchzubiegen.
[0022] Eine besonders stabile Ausführungsform des Stellelementrings ergibt sich dann, wenn
die Breite B1 eines Stellflügels etwa 35 - 45 % des Scheibendurchmessers 2r beträgt
und sich etwa ab der halben Länge L1 nach außen konisch bis zu etwa 20 - 30 % des
Scheibendurchmessers 2r verjüngt.
[0023] Die Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Diese zeigen:
- Fig. 1
- eine Schnittdarstellung der Bimetallsprungscheibe und einer Ausführungsart eines Spreizelementrings
in Einschaltstellung;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf einen Spreizelementring gemäß der Ausführungsart in Fig. 1;
- Fig. 3
- eine Schnittdarstellung mit in einem Gehäuseteil geführten Stellgliedern mit Bimetallsprungscheibe,
Spreizelementring und Stahlscheibe in Einschaltstellung;
- Fig. 4
- eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 in Ausschaltstellung;
- Fig. 5a und b
- eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht auf einen Spreizelementring entsprechend
der Ausführungsart in den Fig. 3 und 4;
- Fig. 6a und b
- eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht auf einen Spreizelementring alternativer
Ausführungsart sowie
- Fig. 7
- eine Schnittdarstellung von Bimetallsprungscheibe, Spreizelementring und Stahlscheibe
mit einem aus dem Gehäuse herausstehenden Betätigungsende des Spreizelementrings.
[0024] Bezugsziff. 1 bezeichnet das jeweilige thermische Schaltelement in den Figuren in
seiner Gesamtheit. Das thermische Schaltelement 1 in Fig. 1 besteht im wesentlichen
aus einem Gehäuse 4, in welchem auf einer Wärmeübertragungsplatte 5 eine Bimetallsprungscheibe
6 angeordnet ist. Die Bimetallsprungscheibe 6 ist in ihrem Randbereich 7 derart gelagert,
daß sie sich zentral oberhalb einer Sprungtemperatur in eine erste Richtung A und
unterhalb der Rücksprungtemperatur in eine entgegengesetzte zweite Richtung B wölbt,
wobei sie die Kontaktstrecke über ein Stellglied 22 und einem damit verbundenen Bewegungskontakt
3 beeinflußt. Ferner ist ein erfindungsgemäßes Spreizelement zur Sicherstellung der
Kontaktierung der Bimetallsprungscheibe 6, insbesondere deren Zentrum 6' mit der Wärmeübertragungsplatte
5 vorgesehen. Das Spreizelement ist als Spreizelementring 8 ausgebildet und weist
zwei gegenüberliegende radial nach innen abstehende Spreizlappen 9, 10 auf, die aus
der Ebene des Spreizelementrings 8 nach oben herausstehen, sich gegen das Gehäuse
abstützen und so die Bimetallsprungscheibe 6 auf die Wärmeübertragungsplatte 5 drücken.
Durch den so eingefügten Spreizelementring 8 ist die ständige und notwendige thermische
Kontaktierung von Bimetallsprungscheibe 6 und Wärmeübertragungsplatte 5 gewährleistet.
[0025] Der in Fig. 1 angeordnete Spreizelementring 8 ist in Fig. 2 in der Draufsicht dargestellt.
Die Spreizlappen 9, 10 stehen über den halben Radius r/2 des Spreizelementrings 8
in dessen Ringinnenbereich 11 hinein, wobei sie sich bis zu einer bestimmten Breite
B' konisch verjüngen. Außerdem weist der Spreizelementring 8 im rechten Winkel zu
den Spreizlappen 9, 10 zwei Verbreiterungen 12, 13 auf, die ebenfalls in den Ringinnenbereich
abstehen und wesentlich kürzer als die Spreizlappen 9, 10 sind. Die Länge 1 der Verbreiterungen
12, 13, beträgt etwa 5 %, die Breite b etwa 20 % des Ringdurchmessers 2r.
[0026] Die Verbreiterungen 12, 13 liegen im Gegensatz zu den herausstehenden Spreizlappen
9, 10 mit dem Spreizelementring 8 in einer Ebene. Beim Durchwölben der Bimetallsprungscheibe
6 bildet der Ringbereich zwischen den Verbreiterungen 12, 13 und den Wurzeln 9', 10'
der Spreizlappen 9, 10 Sollbiegestellen, damit sich die Bimetallsprungscheibe 6 ausreichend
zur Unterbrechung der Kontaktstrecke durchbiegen kann.
[0027] In Fig. 3 ist ein Spreizelementring 8 zwischen einer Bimetallsprungscheibe 6 und
einer Stahlscheibe 14 angeordnet, wobei die Kontaktstrecke zwischen Fest- 2 und Bewegungskontakt
3 geschlossen ist. Der dafür vorgesehene Spreizelementring 8 ist in einer Seitenansicht
in Fig. 5a und in einer Draufsicht in Fig. 5b dargestellt. Der zwischen Bimetallsprungscheibe
6 und Stahlscheibe 14 angeordnete Spreizelementring 8 kann jedoch auch gemäß Fig.
6a und b ausgebildet sein. Bimetallsprungscheibe 6, Spreizelementring 8 und Stahlscheibe
14 sind jeweils in ihren Randbereichen durch Gehäusevorsprünge derart fixiert bzw.
gelagert, daß ein seitliches Verschieben nicht möglich ist, aber ein Durchwölben gewährleistet
ist.
[0028] Wie die Fig. 5a,b und 6a,b verdeutlichen, setzen sich die Spreizlappen 9, 10 nach
außen zur Bildung von Stellflügeln 15, 16 fort, welche außerhalb des Ringbereichs
nach oben abgebogen sind. Dabei beträgt die Länge L1 der Stellflügel 15, 16 - vom
äußeren Umfang des Spreizelementrings 8 aus - mindestens r/2 und höchstens 2r. Diese
Stellflügel 15, 16 dienen nun dazu, die Kontaktstrecke manuell zu unterbrechen, indem
auf das Betätigungsende 20 eines Stellflügels 15 über ein Stellglied 21 Druck ausgeübt
wird, so daß die Spreizlappen 9, 10 ein Durchwölben der Stahlscheibe 14 und damit
ein Unterbrechen der Kontaktstrecke bewirken (vgl. Fig. 4).
[0029] Bei der in Fig. 6b dargestellten Ausführungsart der Spreizelementrings 8 beträgt
die Breite B1 eines Stellflügels etwa 40 % des Scheibendurchmessers 2r und verjüngt
sich etwa ab der halben Länge L1 konisch bis zu etwa 25 % des Scheibendurchmessers
2r, womit der Spreizelementring 8 eine erhöhte Stabilität im Wurzelbereich 9', 10'
erhält. Außerdem sind die Stellflügel, wie aus der Seitenansicht in Fig. 6a ersichtlich,
Z-förmig ausgebildet.
[0030] Ferner weisen auch die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Spreizelementringe 8 Verbreiterungen
12, 13 auf, womit sich die Sollbiegestelle auf den Ringbereich zwischen den Verbreiterungen
12, 13 und den Wurzeln der Spreizlappen 9, 10 verlagert.
[0031] In Ruhestellung ist der Spreizelementring 8 zusammen mit den Spreizlappen 9, 10 eben
und spreizt dabei die Bimetallsprungscheibe 6 und die Stahlscheibe 14 auseinander,
so daß die Bimetallsprungscheibe 6 in unerregtem Zustand mit ihrem Zentrum 6' auf
der Wärmeübertragungsplatte 5 aufliegt und randseitig den Spreizelementring 8 trägt.
Die inneren Enden 17, 18 der Spreizlappen 9, 10 stützen das Zentrum 14' der nach oben
gewölbten Stahlscheibe 14 ab, deren nach oben stehende Randbereiche 19 sich wiederum
am Gehäuse 4 abstützen. Somit übernimmt der Spreizelementring 8 eine Doppelfunktion,
nämlich die Spreizfunktion (vgl. Fig. 3) und die Stellfunktion (vgl. Fig. 4).
[0032] Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, daß zumindest einer der Stellflügel
15 nach oben abgebogen ist und aus dem Gehäuse 4 heraussteht, von wo er dann ebenfalls
manuell betätigbar ist (vgl. Fig. 7).
BEZUGSZEICHEN
[0033]
- 1
- thermisches Schaltelement
- 2
- Festkontakt
- 3
- Bewegungskontakt
- 4
- Gehäuse
- 5
- Wärmeübertragungsplatte
- 6
- Bimetallsprungscheibe
- 6'
- Zentrum
- 7
- Randbereich
- 8
- Spreizelementring
- 9
- Spreizlappen
- 9'
- Wurzel
- 10
- Spreizlappen
- 10'
- Wurzel
- 11
- Ringbereich
- 12
- Verbreiterung
- 13
- Verbreiterung
- 14
- Stahlscheibe
- 14'
- Zentrum
- 15
- Stellflügel
- 16
- Stellflügel
- 17
- inneres Ende
- 18
- inneres Ende
- 19
- Randbereich
- 20
- Betätigungsende
- 21
- Stellglied
- 22
- Stellglied
1. Thermisches Schaltelement (1) mit
- einer aus Fest- (2) und Bewegungskontakt (3) gebildeten Kontaktstrecke und
- einem Gehäuse (4), in welchem auf einer Wärmeübertragungsplatte (5) eine Bimetallsprungscheibe
(6) angeordnet ist, die in ihrem Randbereich (7) derart gelagert ist, daß sie sich
zentral oberhalb einer Sprungtemperatur in eine erste Richtung (A) und unterhalb der
Rücksprungtemperatur in eine entgegengesetzte zweite Richtung (B) wölbt und dabei
die Kontaktstrecke beeinflußt sowie
- einem Spreizelement zur Sicherstellung der Kontaktierung der Bimetallsprungscheibe
(6) mit der Wärmeübertragungsplatte (5), wobei
-- das Spreizelement als Spreizelementring (8) ausgebildet ist und mindestens einen
radial nach innen abstehenden Spreizlappen (9 bzw. 10) aufweist und auf der Bimetallsprungscheibe
(6) aufliegt.
2. Thermisches Schaltelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Spreizlappen (9, 10) vorgesehen sind, die sich radial gegenüber liegen.
3. Thermisches Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der/die Spreizlappen (9, 10) mindestens über den etwa halben Radius (r/2) des Spreizelementrings
(8) in dessen Ringinnenbereich (11) hineinstehen.
4. Thermisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der mindestens ein Spreizlappen (9 bzw. 10) in Richtung Ringinnenbereich (11)
konisch verjüngt.
5. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Spreizlappen (9 bzw. 10) aus der Ebene des Spreizelementrings
(8) heraussteht.
6. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Spreizelementring (8) im rechten Winkel zu den Spreizlappen (9,10) zusätzliche
Verbreiterungen (12,13) vorgesehen sind, die in den Ringinnenbereich (11) abstehen
und kürzer als die Spreizlappen (9, 10) sind.
7. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringbereich zwischen den Verbreiterungen (12, 13) und den Wurzeln (9', 10') der
Spreizlappen (9, 10) Sollbiegestellen bildet.
8. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge 1 der Verbreiterungen (12, 13) etwa 5 % des Ringdurchmessers (2r) beträgt
und die Breite b der Verbreiterungen (12, 13) in Ringumlaufrichtung etwa 20 % des
Ringdurchmessers (2r) beträgt.
9. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Spreizelementring (8) zwischen der Bimetallsprungscheibe (6) und einer Stahlscheibe
(14) angeordnet ist.
10. Thermisches Schaltelement nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich bei dem zwischen Bimetallsprungscheibe (6) und Stahlscheibe (14) angeordnetem
Spreizelementring (8) mindestens einer der Spreizlappen (9 bzw. 10) radial vom Spreizelementring
(8) nach außen zur Bildung eines Stellflügels (15 bzw. 16) fortsetzt.
11. Thermisches Schaltelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge L1 der Stellflügel (15, 16) vom äußerem Umfang des Spreizelementrings (8)
etwa mindestens r/2 und höchstens 2r beträgt.
12. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Spreizelementring (8) mit mindestens einem Spreizlappen (9 bzw. 10) in Ruhestellung
eben ist und dabei die Bimetallsprungscheibe (6) und die Stahlscheibe (14) auseinander
spreizt, so daß die Bimetallsprungscheibe (6) im unerregten Zustand mit ihrem Zentrum
(6') auf der Wärmeübertragungsplatte (5) aufliegt und randseitig den Spreizelementring
(8) trägt sowie das mindestens eine innere Ende (17 bzw. 18) des mindestens einen
Spreizlappens (9 bzw. 10) das Zentrum (14') der nach oben gewölbten Stahlscheibe (14)
abstützt, deren nach oben stehender Randbereich (19) sich am Gehäuse (4), insbesondere
an einem Keramiksockel abstützt.
13. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das mindestens eine Betätigungsende (20) des/der Stellflügel(s) (15, 16) aus dem Gehäuse
(4) heraussteht.
14. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das mindestens eine Betätigungsende (20) des/der Stellflügel(s) (15, 16) durch ein
im Gehäuse (4) rechtwinklig zur Ebene des Spreizelementrings (8) verschiebbares Stellglied
(21) beaufschlagbar ist.
15. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Breite B1 eines Stellflügels (15 bzw. 16) etwa 35 - 45 % des Scheibendurchmessers
(2r) beträgt und sich etwa ab der halben Länge L1 nach außen konisch bis zu etwa 20
- 30 % des Scheibendurchmessers (2r) verjüngt.
16. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Stellflügel (15 bzw. 16) außerhalb des Ringbereichs des Spreizelementrings
(8) nach oben abgebogen ist.
17. Thermisches Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Stellflügel (15, 16) Z-förmig ausgebildet ist.