Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltelement für ein temperaturabhängiges Schaltwerk eines temperaturabhängigen Schalters. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen temperaturabhängigen Schalter, in dessen temperaturabhängigem Schaltwerk das erfindungsgemäße Schaltelement eingesetzt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltelements für ein temperaturabhängiges Schaltwerk eines temperaturabhängigen Schalters.

Temperaturabhängige Schalter sind grundsätzlich bereits in einer Vielzahl bekannt. Ein beispielhafter temperaturabhängiger Schalter ist in der DE 10 2013 101 392 A1 offenbart.

Derartige temperaturabhängige Schalter dienen in an sich bekannter Weise dazu, die Temperatur eines Geräts zu überwachen. Hierzu wird der Schalter 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 im Inneren des Schalters angeordneten Schaltwerks beeinflusst.

Der Schalter wird dabei typischerweise über 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.

Das im Inneren des Schalters angeordnete temperaturabhängige Schaltwerk sorgt für das temperaturabhängige Schaltverhalten des Schalters. In der geschlossenen Schalterstellung drückt das Schaltwerk ein bewegliches Kontaktteil gegen mindestens einen statischen Gegenkontakt und stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen des Schalters her. In der geöffneten Schalterstellung hält das Schaltwerk das bewegliche Kontaktteil hingegen auf Abstand von dem mindestens einen statischen Gegenkontakt, so dass die elektrische Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen des Schalters getrennt ist.

Das Schaltverhalten, also das Schalten zwischen der geschlossenen Schalterstellung und der geöffneten Schalterstellung, erfolgt temperaturabhängig. Für das temperaturabhängige Schaltverhalten des Schaltwerks ist typischerweise ein Bimetallelement verantwortlich, das in bekannter Weise temperaturabhängig nach Art einer Hysterese zwischen zwei Konfigurationen, einer Tieftemperaturkonfiguration bzw. einer Tieftemperaturstellung und einer Hochtemperaturkonfiguration bzw. einer Hochtemperaturstellung, umspringt bzw. umschnappt.

Erhöht sich also die Temperatur des Bimetallelements infolge einer Temperaturerhöhung bei dem zu schützenden Gerät über eine definierte Temperatur, welche als Ansprechtemperatur oder Schalttemperatur des Bimetallelements bezeichnet wird, so schnappt das Bimetallelement von seiner Tieftemperaturkonfiguration in seine Hochtemperaturkonfiguration um und verursacht somit einen Schaltvorgang von der geschlossenen Schalterstellung in die geöffnete Schalterstellung oder umgekehrt. Je nach Einbauart kann der Schalter dabei so ausgelegt sein, dass er sich unterhalb der Ansprech- bzw. Schalttemperatur in der geschlossenen Schalterstellung befindet, was als "normally closed" bezeichnet wird, oder stattdessen dann in der geöffneten Schalterstellung befindet, was typischerweise als "normally open" bezeichnet wird.

In einem Großteil dieser temperaturabhängigen Schalter kommt neben dem Bimetallelement auch ein Federelement in dem temperaturabhängigen Schaltwerk zum Einsatz. Dieses Federelement wird typischerweise als "temperaturunabhängiges Federelement" bezeichnet, da dessen Verhalten im Gegensatz zu dem Verhalten des Bimetallelements temperaturunabhängig ist.

Sofern ein solches Federelement in dem temperaturabhängigen Schaltwerk zum Einsatz kommt, dient dies typischerweise der Entlastung des Bimetallelements, und zwar sowohl in mechanischer als auch in elektrischer Hinsicht. Es übt in der geschlossenen Schalterstellung typischerweise den Kontaktdruck aus, mit Hilfe dessen das bewegliche Kontaktteil gegen den mindestens einen stationären Gegenkontakt gedrückt wird. Zudem führt es in der geschlossenen Schalterstellung den elektrischen Strom. Das Bimetallelement kann im Fall der Verwendung eines solchen Federelements in der geschlossenen Schalterstellung somit mechanisch kräftefrei gelagert sein und muss darüber hinaus nicht als stromführendes Bauteil dienen. Dies wirkt sich enorm positiv auf die Lebensdauer des Bimetallelements aus.

Die in den temperaturabhängigen Schaltwerken derartiger temperaturabhängiger Schalter verwendeten Bimetallelemente und Federelemente werden vorliegend allgemein als "Schaltelement(e)" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet.

Bei diesen Schaltelementen, also sowohl bei dem Bimetallelementen als auch bei den Federelementen, handelt es sich in der Regel um sehr kleine, nur einige Millimeter große, fragile Bauteile, die nach ihrer Herstellung als Schüttgut gelagert und transportiert werden. Bei dieser Schüttgutlagerung kann es durch Reibung zu elektrostatischen Anhaftungen kommen, die sich im Arbeitsgang der Montage negativ auswirken können.

Aufgrund solcher Anhaftungen ist es notwendig, dass die einzelnen Schaltelemente vor dem Einlegen in das Schaltergehäuse zeitaufwändig vereinzelt bzw. voneinander getrennt werden müssen. Wenn sich die Schaltelemente passgenau überlagern, kann es sogar passieren, dass versehentlich zwei solcher Schaltelemente anstatt von nur einem in den Schalter eingelegt werden und dies dann erst nachträglich, also nach Abschluss der Montage des Schalters, durch Fehlfunktionen auffällt. Selbst den geschulten Augen der Monteure unterläuft diese Art von Fehler von Zeit zu Zeit, so dass aus Sicherheitsgründen zeit- und kostenintensive Nachprüfungen anfallen.

Außerdem kommt hinzu, dass die betreffenden Schaltelemente vor ihrer Montage meist einem Härteprozess unterzogen werden. Dieser Härteprozess wird typischerweise in einem Ofen unter Schutzgas durchgeführt. Überlagerungen und Aneinanderhaftungen der einzelnen Schaltelemente können somit zu unregelmäßigen oder unzureichenden Härteergebnissen führen. Beispielsweise können Reste von Sauerstoff im System bzw. auf den Oberflächen der Schaltelemente verbleiben. Dies ist insbesondere kritisch, wenn die Oberflächen der Schaltelemente zur verbesserten Leitfähigkeit mit einer zusätzlichen Metallschicht, bspw. einer Silberschicht, überzogen sind.

Demzufolge ist es unerlässlich, die zu härtenden Schaltelemente in mehreren Etagen im Härteofen auszubreiten und meist von Hand dafür zu sorgen, dass diese sich nicht überlagern oder aneinanderhaften. Andernfalls kann das Schutzgas nicht jedes Schaltelement allseitig erreichen. Auch der hierfür notwendige Vereinzelungsprozess ist zeitaufwändig und geht zudem zu Lasten der Ofenkapazität. Des Weiteren ist ein höherer Verbrauch von Schutzgas notwendig, was wiederum kostenintensiv ist.

Bei einer vollautomatisierten Zuführung der Schaltelemente stellt das überlagernde wie auch das passgenaue Aneinanderhaften der Schaltelemente insofern ein Problem dar, als dass eine Vereinzelung mittels Rütteltopfzuführung oder Magazinierung das Problem nur unzureichend behebt. Somit treten auch dann ähnliche Probleme auf, wie sie bereits oben für die manuelle Montage der Schaltelemente erläutert wurden. Infolgedessen sind auch hier zeitaufwändige und damit kostenintensive Nachprüfungen notwendig, weshalb sich bislang eine vollautomatische Montage der Schaltelemente meist als unwirtschaftlich erwiesen hat, weswegen nach wie vor bei der Montage solcher temperaturabhängigen Schalter auf eine Vielzahl von manuellen Montageprozessen gesetzt werden muss.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltelement sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schaltelements bereitzustellen, mit dem sich die oben genannten Nachteile überwinden oder zumindest weitestgehend ausräumen lassen. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe, die oben beschriebenen Aneinanderhaftungen oder Überlagerungen der Schaltelemente während einer Schüttgut-Lagerhaltung und/oder während eines Härteprozesses zu verhindern und ferner insbesondere zu verhindern, dass bei der Montage des Schalters fälschlicherweise zwei aneinanderhaftende Schaltelemente in einen Schalter eingesetzt werden.

Die oben genannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch ein Schaltelement für ein temperaturabhängiges Schaltwerk eines temperaturabhängigen Schalters gelöst, wobei das Schaltelement als Bimetallelement oder Federelement ausgestaltet ist, eine konvex gewölbte Oberseite und eine konkav gewölbte Unterseite hat und aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, ist, wobei das Schaltelement mehrere, verteilt angeordnete, punktförmige Erhebungen zur Bildung lokaler Unebenheiten auf der Oberseite und/oder der Unterseite aufweist.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe gemäß Anspruch 14 durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltelements für ein temperaturabhängiges Schaltwerk eines temperaturabhängigen Schalters gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

1. (i) Ausstanzen des Schaltelements aus einem Metallblech;
2. (ii) Umformen des Schaltelements, um das Schaltelement in eine gewölbte Form mit einer konvex gewölbten Oberseite und einer konkav gewölbten Unterseite zu bringen; und
3. (iii) Erzeugen von mehreren, verteilt angeordneten, punktförmigen Erhebungen in dem Schaltelement zur Bildung lokaler Unebenheiten auf der Oberseite und/oder der Unterseite.

Erfindungsgemäß wird das Schaltelement also mit mehreren punktförmigen Erhebungen versehen, die zu lokalen Unebenheiten auf der konvex gewölbten Oberseite und/oder der konkav gewölbten Unterseite des Schaltelements führen. Dadurch werden lokale Unebenheiten in den ansonsten glatten Oberflächen erzeugt. Ein Aneinanderhaften mehrerer solcher als Schüttgut gelagerter Schaltelemente wird hierdurch weitestgehend verhindert.

Die Erhebungen fungieren zudem als Distanzelemente, so dass kleinere Spalte zwischen den Schaltelementen entstehen, wenn diese übereinandergelegt werden. Während des Härteprozesses kann das verwendete Schutzgas somit wesentlich uniformer nahezu alle Stellen der Schaltelemente erreichen, wodurch bessere Härteergebnisse erzielt werden können.

Aufgrund der Erhebungen vergrößert sich zwar das Volumen bei der Schüttgut-Lagerhaltung ein wenig, die einzelnen Schaltelemente lassen sich jedoch wesentlich einfacher bei der Montage voneinander trennen. Auch eine vollautomatisierte Vereinzelung der als Schüttgut bereitgestellten Schaltelemente ist somit wesentlich vereinfacht. Ein versehentliches Einsetzen von zwei Schaltelementen anstelle von einem Schaltelement in den Schalter, sei es manuell oder vollautomatisiert, kann dadurch nahezu nicht mehr geschehen.

Die punktförmigen Erhebungen, mit denen das erfindungsgemäße Schaltelement versehen ist, können alternativ auch als punktförmige Höcker, Warzen, Ausbuchtungen oder Distanzelemente bezeichnet werden.

Die punktförmige bzw. punktuelle Ausbildung dieser Erhebungen ist insofern vorteilhaft, als dass sich dadurch im Gegensatz zu länglichen Verstrebungen oder größer ausgedehnten Bereichen keine oder wenn überhaupt nur vernachlässigbar kleine Änderungen an dem charakteristischen Verhalten, insbesondere dem dynamischen Verhalten, des Schaltelements ergeben.

Insbesondere lokale Versteifungen des Schaltelements sollten nämlich vermieden werden, um das Schaltverhalten des Schaltelements nicht negativ zu beeinflussen. Versuche des Anmelders haben jedoch gezeigt, dass punktförmige Erhebungen, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, keinen oder zumindest einen kaum messbaren Einfluss auf das Schaltverhalten des Schaltelements haben. Kleinere Materialversteifungen lassen sich durch die punktförmigen Erhebungen zwar nicht gänzlich vermeiden. Eine dadurch bedingte Erhöhung der Stellkraft des Schaltelements lässt sich jedoch durch die Verwendung von dünnerem Material mit höherem E-Modul ausgleichen.

Die oben genannte Aufgabe ist somit vollständig gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement handelt es sich vorzugsweise um ein Stanzteil.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schritte (ii) und (iii) des erfindungsgemäßen Verfahrens, also die Schritte des Umformens des Schaltelements in seine gewölbte Form und des Erzeugens der punktförmigen Erhebungen gemeinsam in einem Arbeitsschritt (d.h. zeitgleich bzw. kombiniert) durch Prägen des Schaltelements durchgeführt werden.

Die Einbringung der punktförmigen Erhebungen erfordert somit keinen Extraarbeitsschritt. Insofern werden die Produktionskosten nicht, oder wenn überhaupt nur kaum, erhöht. Im Übrigen sind die punktförmigen Erhebungen prozesssicher durch Prägen herstellbar.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Schaltelement vorzugsweise aus einem Bimetall, einem Trimetall, aus Stahl oder aus Kupfer-Beryllium.

Sofern es sich bei dem Schaltelement um ein Bimetallelement handelt, weist dieses ein Bimetall oder Trimetall auf. Hierbei handelt es sich meist um ein mehrlagiges, dünnes Blech, welches aus mindestens zwei verschiedenen Lagen/Schichten unterschiedlicher Metalle bzw. Metalllegierungen sind, die sich insbesondere in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Diese unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der miteinander verbundenen Metallschichten führt zu dem entsprechenden temperaturabhängigen Schnappverhalten, das die erwähnte Formänderung bei Erreichen der Schalt- bzw. Ansprechtemperatur bewirkt.

Handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement hingegen um ein Federelement, so ist dieses vorzugsweise aus Stahl oder aus Kupfer-Beryllium. Das Federelement ist in diesem Fall vorzugsweise als Schnappscheibe oder als Tarierfeder ausgestaltet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Schaltelement in der Draufsicht im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgestaltet.

Bei einer solchen kreisscheibenförmigen Ausgestaltung des Schaltelements erweisen sich die erfindungsgemäß vorgesehenen punktförmigen Erhebungen als besonders vorteilhaft, da bei einer kreisscheibenförmigen Ausgestaltung es besonders häufig zu Anhaftungen zwischen mehreren Schaltelementen kommen kann, die zu vollständigen Überdeckungen dieser führen, welche mit bloßem Auge kaum erkennbar sind.

Das Schaltelement muss jedoch nicht zwangsläufig kreisscheibenförmig ausgestaltet sein. Das Schaltelement ist typischerweise an die Form des Schaltergehäuses angepasst und kann bspw. auch oval oder im Wesentlichen viereckig sein. Sofern es sich bei dem Schaltelement um ein Federelement, kann dieses bspw. auch als Dreibein- oder Vierbein-Feder ausgestaltet sein. Auch dann sind die erfindungsgemäß vorgesehenen punktförmigen Erhebungen von Vorteil, da sie während des Härteprozesses als Distanzelemente wirken, die die einzelnen übereinanderliegenden Schaltelemente auf Abstand voneinander halten, und im Übrigen auch die Vereinzelung der einzelnen Schaltelemente erleichtern.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Schaltelement in seinem Zentrum ein Loch auf.

Durch dieses Loch wird vorzugsweise das bewegliche Kontaktteil des Schaltwerks hindurchgeführt. Im verbauten Zustand des Schalters kann das Schaltelement je nach Bauart mit seinem zentralen Loch lose über das bewegliche Kontaktteil gestülpt sein, verliersicher, aber mit Spiel an diesem angebracht sein oder fix mit dem beweglichen Kontaktteil verbunden sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die punktförmigen Erhebungen außermittig angeordnet und von einem äußeren Rand des Schaltelements beabstandet.

Es hat sich gezeigt, dass die oben genannten vorteilhaften Effekte der vereinfachten Vereinzelung und des verbesserten Auf-Abstand-Haltens durch eine außermittige Anordnung der Erhebungen verbessert werden kann. Umgekehrt sollten die punktförmigen Erhebungen aber auch nicht ganz am äußersten Rand des Schaltelements angeordnet sein, da dies nicht nur herstellungstechnisch schwierig zu gewährleisten ist, sondern sich auch negativ auf das Schaltverhalten und die elektrische Kontaktierung des Schaltelements auswirken kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die punktförmigen Erhebungen symmetrisch zum Zentrum des Schaltelements verteilt angeordnet. Vorzugsweise sind die punktförmigen Erhebungen punktsymmetrisch zum Zentrum des Schaltelements angeordnet.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass sich möglicherweise doch ergebende, negative Einflüsse auf das Schaltverhalten gleichmäßig bzw. symmetrisch verteilt werden. Im Wesentlichen hat dies jedoch den Vorteil, dass die punktförmigen Erhebungen für eine gleichmäßige Auflage für andere Schaltelemente sorgen, die während der Schüttgut-Lagerung über ihnen liegen. Zudem ist dadurch ein Freiheitsgrad (Drehung um die Mittelachse des Schaltelements) bei der Montage absichtlich offengelassen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die punktförmigen Erhebungen in das Schaltelement eingeformt. Die punktförmigen Erhebungen sind also mit anderen Worten integral mit dem Schaltelement ausgebildet. Oder mit noch anderen Worten sind die punktförmigen Erhebungen vorzugsweise einstückig mit den übrigen Teilen des Schaltelements ausgebildet.

Dies vereinfacht die Herstellung der punktförmigen Erhebungen und hat im Übrigen auch stabilitätstechnische Vorteile. Ein Ablösen dieser ist unmöglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die punktförmigen Erhebungen jeweils durch eine Prägedelle gebildet, die auf der der jeweiligen Erhebung gegenüberliegenden Seite eine entsprechende punktförmige Vertiefung aufweist.

Solche Prägedellen lassen sich vergleichsweise einfach herstellen und werden vorzugsweise im gleichen Arbeitsschritt in das Schaltelement eingebracht, bei dem Schaltelement in seine konvex-konkave Form gebracht wird. Die Prägedellen werden dabei entweder von unten, also von der Unterseite her, in das Schaltelement eingebracht, so dass diese auf der Unterseite des Schaltelements eine punktförmige Vertiefung bilden und auf der Oberseite des Schaltelements eine punktförmige Erhebung bilden. Ebenso können die Prägedellen auch von oben, also von der Oberseite des Schaltelements, in dieses eingebracht sein, so dass sie auf der Oberseite des Schaltelements eine punktförmige Vertiefung bilden und auf der Unterseite des Schaltelements eine punktförmige Erhebung bilden.

Es ist dabei insbesondere bevorzugt, dass die in das Schaltelement eingebrachten Prägedellen entweder allesamt von unten in das Schaltelement eingebracht sind oder allesamt von oben in das Schaltelement eingebracht sind. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine gemischte Einbringung (zumindest eine Prägedelle von unten eingebracht und zumindest eine Prägedelle von oben eingebracht) möglich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Materialstärke des Schaltelements im Bereich der punktförmigen Erhebungen geringer als in den übrigen Bereichen des Schaltelements. Mit anderen Worten ist das Schaltelement im Bereich der punktförmigen Erhebungen dünner ausgestaltet als in den übrigen Bereichen. Mit "Materialstärke" ist also die Dicke des Blechs gemeint, aus dem das Schaltelement typischerweise besteht.

Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass die punktförmigen Erhebungen zu einer äußerst geringen Versteifung des Schaltelements führen. Somit haben die punktförmigen Erhebungen keinen unerwünschten Einfluss auf das Schaltverhalten des Schaltelements. Die dadurch bedingte Versteifung hat im Falle der Ausbildung des Schaltelements als Bimetallelement sogar den Vorteil, dass dies zu einer Art Vorprägung führt, welche wiederum bewirkt, dass das Bimetallelement vor dem Schaltvorgang weniger "wandert" (Hysterese) und somit weniger Bauraum benötigt.

Eine dünnere Materialstärke im Bereich der punktförmigen Erhebungen ergibt sich automatisch, wenn diese wie oben erwähnt durch Prägen in das Schaltelement eingeformt werden. Eine Ausbildung als Prägedellen ist somit auch aus diesem Grund von Vorteil.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Schaltelement zwei, drei, vier, fünf oder sechs der punktförmigen Erhebungen auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Höhe und ein quer dazu gemessener Durchmesser zumindest einer (vorzugsweise aller) der punktförmigen Erhebungen jeweils kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 mm.

Eine derartige Größe reicht bereits aus, um die oben genannten vorteilhaften Eigenschaften zu bewirken. Umgekehrt gilt, je kleiner die punktförmigen Erhebungen ausgestaltet sind, desto weniger haben diese einen Einfluss auf das Schaltverhalten des Schaltelements oder bergen die Gefahr von unerwünschten Kollisionen mit sonstigen Bauteilen des temperaturabhängigen Schaltwerks.

Die punktförmigen Erhebungen sind in der Draufsicht betrachtet vorzugsweise annähernd rund (runde Punkte).

Wie eingangs bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur das Schaltelement selbst, sondern auch einen temperaturabhängigen Schalter, in dem das Schaltelement eingesetzt wird.

Ein solcher erfindungsgemäßer temperaturabhängiger Schalter weist zwei Außenanschlüsse und ein temperaturabhängiges Schaltwerk auf, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von seiner Temperatur zwischen einer geschlossenen Schalterstellung, in der eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen hergestellt ist, und einer geöffneten Schalterstellung, in der die elektrisch leitende Verbindung unterbrochen ist, zu schalten, wobei das temperaturabhängige Schaltwerk ein erfindungsgemäßes Schaltelement aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des temperaturabhängigen Schalters weist das Schaltwerk einen statischen Kontakt und ein bewegliches Kontaktteil auf, wobei das Schaltelement mit dem beweglichen Kontaktteil derart wirkverbunden ist, dass es das bewegliche Kontaktteil in der geschlossenen Schalterstellung gegen den statischen Kontakt drückt und/oder in der geöffneten Schalterstellung von dem statischen Kontakt beabstandet hält.

Das bewegliche Kontaktteil kann bspw. in einem zentral im Schaltelement vorgesehenen Loch angeordnet sein bzw. durch dieses hindurchgeführt sein. Die punktförmigen Erhebungen sind um das bewegliche Kontaktteil herum angeordnet, ohne direkten Kontakt zu dem beweglichen Kontaktteil oder sonstigen Schaltwerksbauteilen zu haben.

Es versteht sich, dass die oben genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltelements in einer Draufsicht von oben;

Fig. 2

ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltelements in einer Draufsicht von oben;

Fig. 3

eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Schaltelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 3A) sowie ein Detail dieser Schnittansicht (Fig. 3B);

Fig. 4

eine Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Schaltelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 4A) sowie ein Detail dieser Schnittansicht (Fig. 4B);

Fig. 5A-5C

drei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schaltelements jeweils in einer Draufsicht von oben;

Fig. 6

eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schalters, wobei sich der Schalter in der geschlossenen Schalterstellung befindet;

Fig. 7

eine schematische Schnittansicht des in Fig. 6 gezeigten Schalters, wobei sich der Schalter in der geöffneten Schalterstellung befindet;

Fig. 8

eine schematische Veranschaulichung eines ersten Arbeitsschritts bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltelements; und

Fig. 9

eine schematische Veranschaulichung eines zweiten Arbeitsschritts bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltelements.

Fig. 1 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltelements. Das Schaltelement ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Fig. 1 zeigt das Schaltelement 10 in der Draufsicht von oben. Fig. 3A zeigt das Schaltelement 10 in einer Schnittansicht. Fig. 3B zeigt ein vergrößertes Detail aus Fig. 3A.

Bei dem Schaltelement 10 handelt es sich bspw. um ein Bimetallelement 11, welches als kreisscheibenförmige Bimetallscheibe ausgestaltet ist. Das Bimetallelement 11 weist im Zentrum ein Loch 14 auf. Ferner weist das Bimetallelement 11 zwei punktförmige Erhebungen 16 auf, die außermittig, vorzugsweise im gleichen Abstand von dem zentralen Loch 14 angeordnet sind. Insofern ergibt sich vorzugsweise eine im Ganzen symmetrische Anordnungen des Schaltelements 10.

Wie insbesondere aus Fig. 3A ersichtlich ist, ist das Bimetallelement 11 konvex-konkav gewölbt. Das Bimetallelement 11 weist eine konvex gewölbte Oberseite 18 und eine konkav gewölbte Unterseite 20 auf, welche der Oberseite 18 gegenüberliegt.

Abgesehen von den punktförmigen Erhebungen 16, ist das Schaltelement 10 sowohl an seiner Oberseite 18 als auch an seiner Unterseite 20 vorzugsweise bogenförmig gekrümmt und weist besonders bevorzugt eine konstante Krümmung auf.

Bei den punktförmigen Erhebungen 16 handelt es sich um eine Art Höcker oder Warzen, die in das Schaltelement 10 eingeformt sind. Besonders bevorzugt werden die punktförmigen Erhebungen 16 in das Schaltelement 10 eingeprägt. Es handelt sich somit in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel um Prägedellen.

Die als Prägedellen ausgestalteten punktförmigen Erhebungen 16 sind bevorzugt vergleichsweise klein ausgestaltet. Die Höhe h und der Durchmesser d betragen vorzugsweise wenige Zehntel. Die Höhe h wie auch der Durchmesser d der Erhebungen 16 ist vorzugsweise < 0,5 mm, besonders bevorzugt < 0,3 mm gewählt.

Gemäß dem in Fig. 1 und 3A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die Prägedellen derart ausgestaltet, dass sich die punktförmigen Erhebungen 16 an der konvexen Oberseite 18 ergeben. Die punktförmigen Erhebungen 16 bilden also auf der konvexen Oberseite 18 lokale Erhöhungen, während sie auf der konkaven Unterseite lokale Vertiefungen bilden.

Wie insbesondere aus Fig. 3B ersichtlich ist, ist die Materialstärke t des Schaltelements 10 im Bereich der punktförmigen Erhebungen 16 geringer ausgestaltet als in den übrigen Teilen des Schaltelements 10. Dies liegt insbesondere daran, dass die Erhebungen 16 in das Schaltelement 10 eingeformt werden und es somit im Bereich der Erhebungen zu lokalen Dehnstellen kommt, an denen die Materialstärke lokal verringert ist. Dies wiederum hat jedoch den Vorteil, dass die Erhebungen 16 zu keiner oder zumindest zu keiner messbaren Versteifung des Schaltelements 10 führen.

Fig. 2 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Schaltelements 10. Das Schaltelement 10 ist darin als Federelement 12 ausgeführt. Das Federelement 12 ist vorzugsweise aus Stahl oder aus Kupfer-Beryllium.

Grundsätzlich kann das Federelement 12 eine ähnliche oder sogar die gleiche Form wie das Bimetallelement 11 aufweisen, also kreisscheibenförmig ausgestaltet sein. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 12 jedoch nur in seinem inneren Bereich kreisscheibenförmig ausgestaltet. Im äußeren Bereich weist es vier radial abstehende Abschnitte 22 auf, so dass das Federelement 12 gesamthaft eine Art Vierbein-Feder bildet. Selbstverständlich kann das Federelement 12 auch als Dreibein-Feder ausgestaltet sein, also drei radial abstehende Abschnitte 12 aufweisen, mit denen das Federelement 12 randseitig aufliegt.

Im Querschnitt betrachtet, ist das Federelement 12, ähnlich wie das in Fig. 1 und 3 gezeigte Bimetallelement 11, bogenförmig gekrümmt. Es hat also eine konvex-konkave Querschnittsform mit einer konvex gekrümmten Oberseite 18 und einer konkav gekrümmten, gegenüberliegenden Unterseite 20.

Das Federelement 12 weist gemäß dem in Fig. 2 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vier Erhebungen 16 auf. Es versteht sich jedoch, dass, ähnlich wie bei dem Bimetallelement 11, auch zwei, drei oder mehr als vier punktförmige Erhebungen 16 vorgesehen sein können.

Die Erhebungen 16 sind bei dem in Fig. 2 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zu der Unterseite 20 hin ausgerichtet. Sie bilden damit auf der konkav gekrümmten Unterseite 20 des Schaltelements 10 lokale Erhöhungen, während sie auf der gegenüberliegenden Oberseite 18 des Schaltelements 10 lokale Vertiefungen bilden.

Wenngleich bei den beiden vorliegend gezeigten Ausführungsbeispielen die punktförmigen Erhebungen 16 bei dem als Bimetallelement 11 ausgestalteten Schaltelementen 10 zur Oberseite 18 hin ausgerichtet sind und bei dem als Federelement 12 ausgebildeten Schaltelement 10 zur Unterseite 20 hin ausgerichtet sind, kann dies selbstverständlich auch umgekehrt sein. Ebenso ist es möglich, dass bei ein und demselben Schaltelement 10 eine oder mehrere punktförmige Erhebungen 16 zur Oberseite 18 hin ausgerichtet ist/sind und eine oder mehrere punktförmige Erhebungen 16 zur Unterseite 20 hin ausgerichtet sind.

Fig. 5A-5C zeigen ferner drei weitere Ausführungsbeispiele, welche unterschiedliche denkbare Anordnungen der Erhebungen 16 veranschaulichen sollen. Das Schaltelement 10 ist darin wiederum jeweils kreisscheibenförmig ausgestaltet mit einem zentral eingebrachten Loch 14. Bei dem Schaltelement 10 kann es sich um ein Bimetallelement 11 oder ein Federelement 12 handeln.

In dem in Fig. 5A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel haben die punktförmigen Erhebungen jeweils in etwa den gleichen Abstand von dem zentralen Loch 14 wie auch von einem äußeren Rand 24 des Schaltelements 10.

In dem in Fig. 5B gezeigten Ausführungsbeispiel haben die punktförmigen Erhebungen 16 einen geringeren Abstand von dem zentralen Loch 14 als von dem äußeren Rand 24. Sie sind also mit anderen Worten näher an dem zentralen Loch 14 angeordnet als an dem äußeren Rand 24 des Schaltelements 10.

In dem in Fig. 5C gezeigten Ausführungsbeispiel sind die punktförmigen Erhebungen 16 hingegen näher an dem äußeren Rand 24 als an dem zentralen Loch 14 angeordnet. Der Abstand zwischen den punktförmigen Erhebungen 16 und dem äußeren Rand 24 des Schaltelements 10 ist mit anderen Worten also kleiner als der Abstand zwischen den punktförmigen Erhebungen 16 und dem zentralen Loch 14.

Fig. 8 und 9 zeigen in schematischer Form zwei Bearbeitungsschritte während des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Schaltelements 10.

In dem in Fig. 8 gezeigten ersten Bearbeitungsschritt wird ein Rohling 28 aus einem Metallblech 26 ausgestanzt. Hierbei wird das Metallblech 26 mit Hilfe eines Niederhalters 30 über einer Matrize 32 fixiert, während ein Stanzstempel den Rohling 28 aus dem Metallblech 26 ausstanzt.

In dem in Fig. 9 schematisch angedeuteten zweiten Arbeitsschritt wird der Rohling 28 mit Hilfe eines zweiteiligen Prägestempels in seine letztendlich gewünschte Form gebracht. Hierbei wird vorzugsweise nicht nur die bogenförmige Krümmung, also die konvex-konkave Querschnittsform des Schaltelements 10 erzeugt, sondern gleichzeitig auch die punktförmigen Erhebungen 16 in das Schaltelement 10 eingeformt. Der zweiteilig aufgebaute Prägestempel 34 weist dazu eine entsprechende Prägeform auf, um das Schaltelement 10 samt der punktförmigen Erhebungen 16 in einem Arbeitsgang in die gewünschte Form zu prägen.

Fig. 6 und 7 zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel eines temperaturabhängigen Schalters 100, bei dem das erfindungsgemäße Schaltelement 10 zum Einsatz kommt. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel des Schalters 100 kommt sogar nicht nur das Bimetallelement 11, wie es in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, zum Einsatz, sondern auch das Federelement 12, wie es in Fig. 2 und 4 gezeigt ist.

Fig. 6 zeigt die geschlossene Schalterstellung des Schalters 100. Fig. 7 zeigt die geöffnete Schalterstellung des Schalters 100.

Es versteht sich, dass der in Fig. 6 und 7 gezeigte Schalter 100 nur ein Beispiel von diversen möglichen temperaturabhängigen Schaltern ist, in dem das erfindungsgemäße Schaltelement 10 zum Einsatz kommen kann. Das erfindungsgemäße Schaltelement 10 kann grundsätzlich auch bei diversen anderen temperaturabhängigen Schaltern zum Einsatz kommen, die konstruktiv anders aufgebaut sind als der in Fig. 6 und 7 gezeigte Schalter 100. Der in Fig. 6 und 7 gezeigte Schalter 100 wird nachfolgend jedoch exemplarisch als ein möglicher temperaturabhängiger Schalter beschrieben, um den grundsätzlichen Aufbau und die Funktion eines solchen temperaturabhängigen Schalters zu erläutern.

Der Schalter 100 weist ein Schaltergehäuse 36 auf, in dessen Inneren ein temperaturabhängiges Schaltwerk 38 angeordnet ist. Das Schaltergehäuse 36 umfasst ein topfartiges Unterteil 40 sowie ein Deckelteil 42, das durch einen umgebogenen oder umgebördelten oberen Rand 44 an dem Unterteil 40 gehalten wird.

Sowohl das Unterteil 40 als auch das Deckelteil 42 sind in dem in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel des Schalters 100 aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall, ausgestaltet. Zwischen dem Unterteil 40 und dem Deckelteil 42 ist eine Isolierfolie 46 angeordnet. Die Isolierfolie 46 sorgt für eine elektrische Isolation des Unterteils 40 gegenüber dem Deckelteil 42. Ebenso sorgt die Isolierfolie 46 für eine mechanische Abdichtung, die verhindert, dass Flüssigkeiten oder Verunreinigungen von außen in das Innere des Schaltergehäuses 36 eintreten.

Da das Unterteil 40 und das Deckelteil 42 in diesem Beispiel jeweils aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sind, kann über ihre Außenflächen thermischer Kontakt zu einem zu schützenden Gerät hergestellt werden. Die Außenflächen dienen gleichzeitig auch dem elektrischen Anschluss des Schalters 100. So kann bspw. die Außenfläche 48 des Deckelteils 42 als erster elektrischer Außenanschluss 50 fungieren und die Außenseite 52 des Unterteils 40 als zweiter Außenanschluss 54 fungieren. Beispielsweise kann an der Außenseite 52 des Schalter-Unterteils 40 eine umlaufende Nut 56 vorgesehen sein, in die ein entsprechender Anschlussring 58 eingesetzt wird.

Außen an dem Deckelteil 42 ist eine weitere Isolationsschicht 60 angeordnet.

Das Schaltwerk 38 ist zwischen dem Unterteil 40 und dem Deckelteil 42 geklemmt angeordnet. Das Schaltwerk 38 weist neben dem Bimetallelement 11 und dem Federelement 12 ein bewegliches Kontaktteil 62 auf. Das bewegliche Kontaktteil 62 ist durch das im Bimetallelement 11 vorgesehene zentrale Loch 14 wie auch durch das in dem Federelement 12 vorgesehene zentrale Loch 14 hindurchgeführt. Ein umlaufender, kreisscheibenförmiger Kragen 64, der in etwa mittig an dem beweglichen Kontaktteil 62 angeordnet ist, trennt das Bimetallelement 11 von dem Federelement 12. Das Bimetallelement 11 liegt mit seinem inneren Rand 66 an dem Kragen 64 des beweglichen Kontaktteils 62 an. Das Federelement 12 liegt mit seinem inneren Rand 68 von unten an dem Kragen 64 des beweglichen Kontaktteils 62 an.

In der in Fig. 6 gezeigten geschlossenen Schalterstellung des Schalters 100 drückt das Federelement 12 das bewegliche Kontaktteil 62 von unten gegen den am Deckelteil 42 angeordneten, stationären Gegenkontakt 70. Dieser stationäre Gegenkontakt 70 wird häufig auch als "statischer Kontakt" 70 des Schalters 100 bezeichnet. Hierbei stützt sich das Federelement 12 mit seinem äußeren Rand 72 auf dem Innenboden 76 des Unterteils 40 ab.

Das Bimetallelement 11 liegt in dieser Schalterstellung des Schalters 100 mit seinem inneren Rand 66 vorzugsweise frei auf dem Kragen 64 des beweglichen Kontaktteils 62 von oben auf. Der äußere, umlaufende Rand 74 des Bimetallelements 11 hängt frei in das Innere des Gehäuses 36 hinein. Das Bimetallelement 11 ist somit in der geschlossenen Schalterstellung des Schalters 100 nahezu kräftefrei in dem Schaltergehäuse 36 gelagert, ohne darin fest eingespannt zu sein.

Das temperaturabhängige Schaltwerk 38 stellt in der in Fig. 6 gezeigten geschlossenen Schalterstellung des Schalters 100 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 50, 54 des Schalters 100 her, in dem es das bewegliche Kontaktteil 62 gegen den am Deckelteil 42 angeordneten stationären Gegenkontakt 70 drückt. Der Kontaktdruck, mit dem das bewegliche Kontaktteil 62 in der geschlossenen Schalterstellung des Schalters 100 gegen das stationären Kontaktteil 70 gedrückt wird, wird bei dem Schalter 100 durch das Federelement 12 bewirkt.

Erhöht sich nun die Temperatur des zu schützenden Gerätes und damit die Temperatur des Schalters 100 sowie des darin angeordneten Bimetallelements 11 auf die Schalt- bzw. Ansprechtemperatur des Bimetallelements 11 oder über diese hinaus, so schnappt das Bimetallelement 11 von seiner in Fig. 6 gezeigten, konvexen Tieftemperaturkonfiguration in seine konkave Hochtemperaturkonfiguration um, die in Fig. 7 gezeigt ist. Bei diesem Umschnappen stützt sich das Bimetallelement 11 mit seinem äußeren Rand 74 an der Unterseite 75 des Deckelteils 42 ab und drückt mit seinem inneren Rand 66 das bewegliche Kontaktteil 62 nach unten. Hierdurch wird das bewegliche Kontaktteil 62 von dem stationären Kontaktteil 70 abgehoben. Dadurch biegt sich gleichzeitig das Federelement 12 an seinem Zentrum nach unten durch, so dass das Federelement 12 von seiner in Fig. 6 gezeigten, ersten geometrischen Konfiguration in seine in Fig. 7 gezeigte, zweite geometrische Konfiguration umschnappt. Die zuvor über das Schaltwerk 38 hergestellt elektrische Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 50, 54 des Schalters 100 ist damit unterbrochen.

Das temperaturabhängige Schaltwerk 38 des Schalters 100 ist somit dazu eingerichtet, die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 50, 54 temperaturabhängig herzustellen und zu trennen.

Je nach gewünschter Ausführung kann das temperaturabhängige Schaltwerk 38 entweder so eingerichtet sein, wie dies zuvor erläutert wurde, nämlich, dass das Schaltwerk 38 unterhalb der Schalttemperatur des Bimetallelements 11 die in Fig. 6 gezeigte geschlossene Schalterstellung einnimmt und oberhalb der Schalttemperatur die in Fig. 7 gezeigte geöffnete Schalterstellung einnimmt, oder umgekehrt. Im ersten Fall spricht man von einem Schalter mit der Konfiguration "normally closed". Im zweiten Fall spricht man von einem Schalter mit der Konfiguration "normally open".