[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einem Isolierstoffträger, an
dem ein erster und ein zweiter Außenanschluß angeordnet sind, sowie einem temperaturabhängigen
Schaltwerk, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur zwischen dem ersten und dem
zweiten Außenanschluß eine elektrisch leitende Verbindung für einen durch den Schalter
zu leitenden elektrischen Strom herstellt, und ein Schaltorgan, das seine geometrische
Form temperaturabhängig zwischen einer Schließund einer Öffnungsstellung verändert
und in seiner Schließstellung dem Strom führt, sowie ein Stellorgan umfaßt, das mit
dem Schaltorgan elektrisch und mechanisch in Reihe geschaltet ist.
[0002] Ein derartiger Schalter, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ist aus der
US 4,636,766 bekannt.
[0003] Der bekannte Schalter umfaßt als Schaltorgan ein U-förmiges Bimetall-Element mit
zwei unterschiedlich langen Schenkeln. An dem langen Schenkel ist ein bewegliches
Kontaktteil befestigt, das mit einem schalterfesten Gegenkontakt zusammenwirkt, der
wiederum mit einem der beiden Außenanschlüsse in elektrisch leitender Verbindung steht.
[0004] Der kürzere Schenkel des U-förmigen Bimetall-Elementes ist an dem freien Ende eines
als Hebelarm ausgebildeten Stellorganes befestigt, das mit seinem anderen Ende fest
mit dem Gehäuse verbunden ist sowie mit dem anderen der beiden Außenanschlüsse in
elektrisch leitender Verbindung steht. Das Stellorgan ist ein weiteres Bimetall-Element,
das so auf das U-förmige Bimetall-Element abgestimmt ist, daß sich die beiden Bimetall-Elemente
bei Temperaturänderungen gegensinnig verformen und somit den Kontaktdruck zwischen
dem beweglichen Kontaktteil sowie dem gehäusefesten Gegenkontakt erhalten.
[0005] Dieser Schalter ist als Unterbrecher für hohe Ströme gedacht, die zu einer starken
Erwärmung der durchflossenen Bimetall-Elemente führen, wodurch letztendlich das bewegliche
Kontaktteil von dem festen Gegenkontakt abgehoben wird. Einflüsse der Umgebungstemperatur
werden dabei durch die erwähnte gegensinnige Verformung der Bimetall-Elemente kompensiert.
[0006] Bei dieser Konstruktion ist vor allem von Nachteil, daß zwei Bimetall-Elemente benötigt
werden, deren Temperaturverhalten exakt aufeinander abgestimmt sein muß, was konstruktiv
aufwendig und kostenintensiv zu realisieren ist. Um Fertigungstoleranzen zu kompensieren,
wird der bekannte Schalter nach der Montage ferner mechanisch justiert, was einen
weiteren Nachteil darstellt.
[0007] Da die beiden Bimetall-Elemente geometrisch sehr verschieden ausgelegt sind, weisen
sie außerdem unterschiedliche Langzeitstabilitäten auf, so daß eigentlich von Zeit
zu Zeit eine Nachjustage erforderlich wäre. Dies ist jedoch im Einsatz nicht mehr
möglich, so daß insgesamt die Langzeitstabilität und damit die Funktionssicherheit
zu wünschen übrig läßt.
[0008] Ein weiterer Nachteil bei dieser Konstruktion besteht in der durch das U-förmige
Bimetall-Element bedingten großen Bauhöhe.
[0009] Schließlich ist bei diesem Schalter noch von Nachteil, daß er sich nach dem Abkühlen
selbsttätig wieder schließt, also keine Selbsthaltefunktion aufweist, die das erneute
Schließen und damit Einschalten des durch den Schalter geschützten elektrischen Gerätes
verhindert.
[0010] Schalter mit Selbsthaltefunktion sind allgemein bekannt, bei ihnen wird parallel
zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk ein Selbsthaltewiderstand zwischen die beiden
Außenanschlüsse geschaltet. Im geschlossenen Zustand des Schalters wird der Selbsthaltewiderstand
durch das Schaltwerk elektrisch kurzgeschlossen, so daß er stromfrei ist. Öffnet das
Schaltwerk dagegen, fließt ein Reststrom durch den Selbsthaltewiderstand, der sich
dabei in Abhängigkeit von der angelegten Spannung sowie seinem Widerstandswert so
weit aufheizt, daß er das temperaturabhängige Schaltwerk auf einer Temperatur oberhalb
der Ansprechtemperatur hält, so daß es geöffnet bleibt.
[0011] Im Stand der Technik sind eine ganze Reihe von Konstruktionen für den Selbsthaltewiderstand
bekannt, bei denen ein blockförmiger PTC-Widerstand verwendet wird, der verglichen
mit einem keine Selbsthaltefunktion aufweisenden Schalter zu einer Vergrößerung der
geometrischen Abmaße führt.
[0012] Ein weiterer Nachteil, der mit den bekannten Schaltern mit Selbsthaltefunktion verbunden
ist, besteht in dem konstruktiven Aufwand, der zu kostenintensiven und aufwendig zu
montierenden Schaltern führt.
[0013] Ein weiterer, mit dem eingangs erwähnten Schalter verbundener Nachteil ist darin
zu sehen, daß sich der Schwellwert des Stromes, der zum Öffnen des Schalters führt,
durch den Ohm'schen Widerstand der Bimetall-Elemente bestimmt, so daß sich unterschiedliche
Schaltstromstärken nur schwer realisieren lassen.
[0014] Aus dem Stand der Technik ist es jedoch bereits bekannt, die Stromabhängigkeit durch
Verwendung eines Vorwiderstandes einzustellen, der elektrisch zu dem temperaturabhängigen
Schaltwerk in Reihe geschaltet ist. Bei den bekannten Schaltern ist jedoch parallel
zu dem Schaltorgan ein Stellorgan in Form einer Feder-Schnappscheibe etc. geschaltet,
durch die der elektrische Strom fließt. Mit anderen Worten, das Bimetall-Element ist
bei stromabhängigen Schaltern mit Vorwiderstand stromfrei, der Betriebsstrom des zu
schützenden elektrischen Gerätes wird über ein gesondertes Federelement geleitet.
Durch die Wahl des Widerstandswertes dieses Vor- oder Serienwiderstandes kann jetzt
die Schaltstromstärke genau und reproduzierbar eingestellt werden.
[0015] Auch bei den bekannten Schaltern mit Serienwiderstand ist der konstruktive Aufwand
von Nachteil, die Schalter sind kostenintensiv und zeitaufwendig zu montieren.
[0016] Ein weiterer, aus der EP 0 103 792 B1 bekannter, stromabhängiger Schalter weist als
Schaltorgan eine Bimetall-Federzunge auf, die an dem einen Außenanschluß befestigt
ist und an ihrem freien Ende ein bewegliches Kontaktteil trägt, das mit einem Gegenkontakt
zusammenwirkt, der an dem freien Ende eines länglichen Federelementes angeordnet ist,
das anderen Endes an dem anderen Außenanschluß befestigt ist, so daß der Strom durch
die Reihenschaltung aus Federelement und Bimetall-Federzunge fließt.
[0017] Die elastische Lagerung des Gegenkontaktes sorgt hier für eine geringe mechanische
Belastung der Bimetall-Federzunge, da der Gegenkontakt begrenzt nachgibt, wenn die
Bimetall-Federzunge infolge einer Temperaturänderung ihre geometrische Form verändert.
Hierdurch werden irreversible Verformungen der Bimetall-Federzunge vermieden, die
zu einer Verschiebung der Schalttemperatur führen könnten.
[0018] Ein Nachteil dieses Schalters besteht darin, daß die Bimetall-Federzunge wie alle
Bimetall-Elemente beim Übergang von der Schließ- in die Öffnungsstellung eine sogenannte
Schleichphase durchläuft, in der sich infolge einer Temperaturerhöhung oder -erniedrigung
das Bimetall-Element schleichend verformt, ohne jedoch von seiner z.B. konvexen Tieftemperaturstellung
bereits in seine konkave Hochtemperaturstellung umzuschnappen. Diese Schleichphase
tritt jedesmal dann auf, wenn sich die Temperatur des Bimetall-Elementes entweder
von oben oder von unten der Sprungtemperatur nähert und führt zu merklichen Konformationsänderungen.
Insbesondere infolge von Alterung oder Langzeitbetrieb kann sich das Schleichverhalten
eines Bimetall-Elementes darüber hinaus auch noch verändern.
[0019] Während der Öffnungsbewegung kann das Schleichen dazu führen, daß der Druck des Kontaktes
gegen den Gegenkontakt nachläßt, wodurch undefinierte Schaltzustände entstehen. Während
der Schließbewegung kann sich der Kontakt während der Schleichphase allmählich dem
Gegenkontakt annähern, wodurch die Gefahr eines Lichtbogens hervorgerufen werden kann.
[0020] Die mit dem Schleichverhalten eines Bimetall-Elementes einhergehenden Probleme werden
bei einem stromabhängigen Schalter, wie er in der eingangs erwähnten US 4,636,766
oder der EP 0 103 792 beschrieben ist, dadurch gelöst, daß die Bimetall-Federzunge
mit Vorprägungen versehen wird, die die Schleichphase zwar nicht vollständig, aber
doch zum großen Teil unterdrükken. Diese Vorprägungen oder sonstige mechanische Einwirkungen
auf das Bimetall-Element zur Unterdrückung der Schleichphase sind aufwendige und teure
Maßnahmen, durch die zudem die Lebensdauer dieser Bimetall-Elemente deutlich deutlich
reduziert wird. Ein weiterer Nachteil der erforderlichen Vorprägung ist darin zu sehen,
daß für verschiedene Leistungsklassen und Ansprechtemperaturen nicht nur unterschiedliche
Materialzusammensetzungen und -stärken sondern auch noch unterschiedliche Vorprägungen
eingesetzt werden müssen.
[0021] Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen die obigen
Nachteile vermeidenden Schalter der eingangs genannten Art bei preiswerter und einfacher
Konstruktion mit einer Selbsthaltefunktion zu versehen, wobei der Schalter eine kleine
Bauweise sowie eine hohe Funktionssicherheit und lange Lebensdauer aufweisen soll.
[0022] Bei dem eingangs erwähnten Schalter wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der erste
Außenanschluß mit einer flächigen Deckelelektrode verbunden ist, an der das Stellorgan
mit seinem ersten Ende festgelegt ist, und auf dessen Innenseite ein flacher Selbsthaltewiderstand
angeordnet ist, der elektrisch zwischen die Deckelelektrode und den zweiten Außenanschluß
geschaltet ist.
[0023] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
[0024] Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, daß es bei Verwendung
einer flächigen Deckelelektrode möglich ist, auf dessen Innenseite einen flachen Selbsthaltewiderstand
anzuordnen, ohne daß die Bauhöhe merklich beeinflußt wird. Im Gegensatz zu einem blockförmigen
PTC-Element weist ein derartiger z.B. Schichtwiderstand nämlich eine so geringe Dicke
auf, daß diese zu einer kaum merklichen Vergrößerung der Dicke der Deckelelektrode
führt.
[0025] Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn das Stellorgan ein Federelement umfaßt,
dessen Stellkraft weitgehend temperaturunabhängig ist, und das Stellorgan eine temperaturabhängige
Stellkraft aufweist, die in dessen Schleichphase größer ist als die Stellkraft des
Federelementes.
[0026] Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat erkannt, daß die z.B. aus der DE 21 21
802 C bekannte mechanische und elektrische parallele Anordnung von Temperatur-neutralem
Federelement und Schaltorgan in eine elektrische und mechanische Reihenschaltung abgewandelt
und bei dem neuen Schalter eingesetzt werden kann, um eine ganze Reihe von weiteren
Vorteilen in dem neuen Schalter zu vereinigen.
[0027] Durch die mechanische Reihenschaltung, also das Zusammenwirken der Federkraft des
Federelementes mit der des Schaltorganes kann nämlich die Schleichphase des Schaltorganes
ausgeglichen werden. Wenn sich das Schaltorgan während der Schleichphase in seiner
Geometrie verändert, so wird dies durch das Federelement unmittelbar ausgeglichen.
Damit ist es jetzt erstmals möglich, auch bei einem Schalter mit stromdurchflossenem
Schaltorgan, das ein Bimetall-Element oder ein Trimetall-Element sein kann, eine große
Schleichphase des Schaltorganes zu ermöglichen, denn das Federelement kann die "ungewollten"
Formänderungen während der Schleichphase ausgleichen. Dies bedeutet jedoch, daß ein
einfacher herzustellendes und damit preiswerteres Schaltorgan eingesetzt werden kann,
das zudem eine höhere Lebensdauer aufweist, da auf die Vorprägung größtenteils verzichtet
werden kann und somit eine größere Hysterese zulässig wird, so daß die Schleichphase
maximal ausgenutzt werden kann.
[0028] Damit sind aber nicht nur geringe geometrische Anforderungen an das Schaltorgan sondern
ebenfalls geringere Anforderungen an das Federelement zu stellen, denn letzteres muß
jetzt nur noch dafür sorgen, daß das Schaltorgan unterhalb seiner Sprungtemperatur,
also während der Schleichphase, in elektrischem Kontakt zu einem der Außenanschlüsse
verbleibt. Unterschiedliche Schaltertypen bezüglich Leistungsklasse und Ansprechtemperatur
können jetzt mit im wesentlichen demselben Federelement aber unterschiedlichen Schaltorganen
ausgelegt werden, wobei an diese Bauteile des Schaltwerkes sehr viel geringere geometrische
und mechanische Bedingungen zu stellen sind, so daß sie insgesamt einfacher und preiswerter
herzustellen sind.
[0029] Bezüglich der Lebensdauer des Schaltorganes ergeben sich hier dieselben Vorteile,
wie die bei der lose eingelegten Bimetall-Schnappscheibe gemäß DE 21 21 802 C. Insgesamt
kann bei dem neuen Schalter mehr Wert auf die elektrischen Eigenschaften und die Schalttemperatur
gelegt werden, die mechanische Federkraft des Schaltorganes spielt bei dem neuen Schalter
zum ersten Mal in der Technik eine untergeordnete Rolle, sie muß nur so groß sein,
daß das Schaltorgan durch das Federelement nicht zu stark zusammengedrückt wird. Der
Schaltprozeß selbst wird nach Abschluß der Schleichphase allein durch das Schaltorgan
bewirkt, das in seiner Schließstellung jetzt immer vorgespannt ist. Dieses vorgespannte
Schaltorgan weist noch eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen auf, so vibriert es
nicht im Magnetfeld und weist keine Lichtbogengefahr auf, denn sich allmählich öffnende
oder schließende Kontakte werden durch die Vorspannung verhindert.
[0030] Damit ist aber nur noch eine sehr geringe Vorprägung des Bimetall-Elementes erforderlich,
durch die lediglich noch der Schnappeffekt für die plötzliche Kontakttrennung sichergestellt
werden muß. Eine stärkere Vorprägung, wie sie bisher zur Unterstützung bzw. Unterdrückung
der Schleichphase verwendet wurde, ist nicht mehr erforderlich. Dadurch werden die
mechanischen Belastungen verringert und damit die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit
und Reproduzierbarkeit des Schaltpunktes deutlich erhöht.
[0031] Das temperaturneutrale Federelement übt auf das Bimetall-Element keinen dessen Verformung
behindernden Druck mehr aus, es gleicht vielmehr in der Schleichphase die Verformung
des Bimetall-Elementes durch eigene Verformung derart aus, daß bewegliches Kontaktteil
und fester Gegenkontakt miteinander derart sicher in Anlage bleiben, daß für einen
niedrigen Übergangswiderstand gesorgt wird. Der Kontaktdruck bleibt unterhalb der
Schalttemperatur weitgehend unabhängig von der Temperatur konstant.
[0032] Die Schleichphase des Bimetall-Elementes wird also nicht mehr wie im Stand der Technik
unterdrückt, sondern sozusagen ausgeglichen, das Bimetall-Element kann sich nämlich
in der Schleichphase nahezu ungehindert verformen, wobei die Änderungen der Geometrie
dabei durch das Federelement so ausgeglichen werden, daß der Schalter sicher geschlossen
bleibt.
[0033] Zu diesem Zweck ist die temperaturabhängige Stellkraft des Bimetall-Elementes so
gewählt, daß sie in der Schleichphase größer ist als die weitgehend temperaturneutrale
Stellkraft des Federelementes, das das somit "starre" Bimetall-Element damit lediglich
noch "führt".
[0034] Ein großer Vorteil des neuen Schalters liegt in seiner einfachen Bauweise, neben
einem gehäusefesten Gegenkontakt ist nur ein Bimetall-Element erforderlich, das Federelement
ist temperaturrieutral und damit preiswert. Insgesamt müssen Bimetall-Element und
Federelement zwar bezüglich der Stellkraft aufeinander abgestimmt werden, nicht mehr
jedoch zusätzlich auch noch bezüglich ihres Temperaturverhaltens, denn das Schaltwerk
richtet sich sozusagen selbst aus. Dadurch wird ein Standardfederelement für alle
Temperaturbereiche möglich, wodurch ein wesentlicher Rationalisierungseffekt erreicht
wird. Durch diese Konstruktion ist ferner eine geringe Bauhöhe realisierbar, wobei
bei unterschiedlichen Schalttemperaturen keine neue individuelle Anpassung erforderlich
ist, lediglich das Bimetall-Element muß mit gleichen Federeigenschaften aber anderen
Schalttemperaturen ausgelegt werden.
[0035] Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Toleranzen und Schwankungen in der Schalttemperatur
durch die Führung durch das temperaturneutrale Federelement ausgeglichen werden.
[0036] In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn der zweite Außenanschluß mit einer
Bodenelektrode verbunden ist, mit der ein bewegliches Kontaktteil zusammenwirkt, das
an dem Schaltorgan vorgesehen ist, und zwischen der Deckelelektrode und der Bodenelektrode
ein Verbindungselement angeordnet ist, das den Selbsthalte-Widerstand mit der Bodenelektrode
verbindet.
[0037] Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, das Verbindungselement kann entweder
als gesondertes Teil bei der Montage in den Schalter eingelegt werden, oder aber zuvor
an der Deckelelektrode bzw. der Bodenelektrode befestigt werden. Komplizierte Lötverbindungen
oder elektrische Drahtverbindungen sind somit für die Kontaktierung des Selbsthaltewiderstandes
nicht erforderlich.
[0038] Weiter ist es bevorzugt, wenn auf der Innenseite der Deckelelektrode ein flacher
Serienwiderstand angeordnet ist, der elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß
und das erste Ende des Federelementes geschaltet ist.
[0039] Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß die Stromabhängigkeit jetzt nicht mehr nur
durch das stromdurchflossene Schaltorgan bestimmt wird, sondern vorrangig durch den
Serienwiderstand, der z.B. geometrisch parallel zu dem Selbsthaltewiderstand innen
an der Deckelelektrode angebracht sein kann. Um jetzt Schalter mit unterschiedlichen
Stromabhängigkeiten zu erzeugen, müssen lediglich verschiedene Deckelektroden mit
unterschiedlichen Widerstandswerten des Serienwiderstandes vorrätig gehalten werden,
die sonstigen Komponenten des Schalters können unverändert bleiben. Auf einfache Weise
kann jetzt sozusagen in der Halbzeugfertigung auch der Widerstandswert des Selbsthaltewiderstandes
so angepaßt werden, daß er bei unterschiedlichen Ansprechströmen des Schalters, die
in der Regel auch unterschiedliche Restströme im geöffneten Zustand mit sich bringen,
für eine sichere Selbsthaltung sorgt.
[0040] Dabei ist es insgesamt bevorzugt, wenn auf der Innenseite der Deckelelektrode eine
Isolationsschicht angeordnet ist, auf der zumindest eine Widerstandsbahn angeordnet
ist, die einen Endes mit dem ersten Außenanschluß und anderen Endes mit einer Kontaktfläche
verbunden ist, mit der eine Kontaktfläche des Verbindungselementes bzw. an dem Federelement
in Anlage ist.
[0041] Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn die Verbindung zwischen dem Selbsthaltewiderstand
und ggf. dem Serienwiderstand innen an der Deckelelektrode und den zugeordneten Kontaktflächen
an dem Verbindungselement bzw. dem ersten Ende des Stellorganes erfolgt beim Auflegen
des Deckelteiles auf den Isolierstoffträger sozusagen gleichzeitig mit der mechanischen
Befestigung der Deckelelektrode an dem Isolierstoffträger. Die Montage des neuen Schalter
gestaltet sich damit einfach und preiswert.
[0042] Weiter ist es bevorzugt, wenn das Verbindungselement eine auf dem Isolierstoffträger
aufliegende Kontaktplatte, die mit der Kontaktfläche in Anlage ist, sowie auf die
Bodenelektrode zuweisende Kontaktbügel aufweist, die zwischen sich eine von der Bodenelektrode
hochstehende Lasche einklemmen.
[0043] Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, nachdem nämlich die Bodenelektrode
z.B. mit dem Isolierstoffträger umspritzt wurde, wird in eine dafür vorgesehene Öffnung,
in die von unten die Lasche der Bodenelektrode nach oben ragt, das Verbindungselement
eingeschoben, wobei die Lasche zwischen dessen Kontaktbügel eingeklemmt wird. Als
nächstes muß jetzt nur noch die Deckelelektrode aufgelegt werden, damit die Verbindung
zwischen dem Verbindungselement und dem Selbsthaltewiderstand hergestellt wird.
[0044] Dabei ist es dann weiter bevorzugt, wenn das Federelement an seinem ersten Ende T-förmig
ausgebildet ist, mit diesem T-förmigen Ende auf dem Isolierstoffträger aufliegt und
an diesem T-förmigen Ende eine Kontaktfläche aufweist, die mit der Kontaktfläche des
Serienwiderstandes in Anlage ist.
[0045] Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, durch sie vereinfacht sich die Montage
des neuen Schalters noch stärker. Auf dem Isolierstoffträger, an dem durch Umspritzen
die Bodenelektrode bereits unverlierbar gehalten ist, und in dem ggf. bereits das
Verbindungselement eingelegt wurde, muß als nächstes nur noch das Federelement eingelegt
werden, das sich dabei mit seinem T-förmigen Ende auf dem Isolierstoffträger abstützt.
Das mechanisch an dem anderen Ende des Stellorganes befestigte Schaltorgan kommt auf
diese Weise in einer entsprechenden Öffnung in dem Isolierstoffträger zu liegen. Jetzt
muß nur die Deckelelektrode aufgelegt werden, wobei die dort vorgesehenen Kontaktflächen
jetzt mit der Kontaktfläche an dem T-förmigen Ende sowie ggf. dem Verbindungselement
in Anlage gelangen.
[0046] Als nächstes wird noch ein Rand des Isolierstoffträgers heißverpreßt, wodurch die
Deckelektrode mechanisch fest auf dem Isolierstoffträger gehalten wird und gleichzeitig
die erforderlichen elektrischen Verbindungen hergestellt werden. Eine Nachjustierung
oder Ausrichtung des Schaltwerkes ist dabei übrigens nicht erforderlich, denn dieses
richtet sich durch die Stellkraft des Federelementes sozusagen automatisch in den
Isolierstoffträger aus.
[0047] Es sei noch erwähnt, daß dieser Montage verglichen z.B. mit der Montage eines Schalters
gemäß DE 21 21 802 C deutlich vereinfacht ist, weil nämlich das dort nur manuell vorzunehmende
Einlegen von Bimetall-Schnappscheibe sowie darüber gestülpter Federscheibe sehr lohnintensiv
ist und darüber hinaus häufig zu Ausschuß führt. Wegen der mechanischen Verbindung
zwischen Federelement und Schaltorgan gibt es bei dem neuen Schalter jedoch keine
Probleme mit der Montage, insbesondere können Federelement und Schaltorgan nicht gegeneinander
verrutschen.
[0048] Dabei ist es bevorzugt, wenn das Federelement und das Schaltorgan im wesentlichen
flache, blechartige Teile sind, die sich zur selben Seite V-förmig von ihrer Verbindungsstelle
weg erstrecken.
[0049] Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß verglichen mit dem gattungsbildenden Schalter
die Bauhöhe deutlich reduziert wird, wobei ferner auch eine geringe Längserstreckung
wegen des "zurückgeklappten" freien Endes des Schaltorganes erreicht wird.
[0050] Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
[0051] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch den neuen Schalter längs der Linie I-I aus Fig. 2;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf den Schalter gemäß Fig. 1, geschnitten längs der Linie II-II aus
Fig. 1;
- Fig. 3a
- eine Draufsicht auf die Innenseite der Deckelelektrode des Schalters gemäß Fig. 1;
- Fig. 3b
- eine Seitenansicht der Deckelelektrode aus Fig. 3a;
- Fig. 4
- das Schaltwerk des Schalters aus Fig. 1 in einer schematisierten, vergrößerten Darstellung,
wobei das Schaltorgan in Schließstellung ist;
- Fig. 5
- eine Darstellung wie in Fig. 4, jedoch während der Schleichphase des Schaltorganes;
und
- Fig. 6
- eine Darstellung wie Fig. 4, wobei das Schaltorgan jedoch in seiner Öffnungsstellung
ist.
[0052] In Fig. 1 ist mit 10 allgemein ein neuer Schalter gezeigt, der im schematischen Längsschnitt
dargestellt ist.
[0053] Der neue Schalter 10 weist einen ersten Außenanschluß 11 auf, der einstückig mit
einer ebenen oder flächigen Deckelelektrode 12 verbunden ist. Ferner ist ein zweiter
Außenanschluß 14 vorgesehen, der mit einer Bodenelektrode 15 einstückig ausgebildet
ist. Die Deckelelektrode 12 und die Bodenelektrode 15 sind an einem Isolierstoffträger
16 gehalten, der die Deckelelektrode 12 und die Bodenelektrode 15 parallel zueinander
beabstandet hält.
[0054] Während der Isolierstoffträger 16 grundsätzlich seitlich offen sein kann, ist in
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Isolierstoffträger 16 ein topfförmiges
Gehäuseunterteil 17 umfaßt, das um die Bodenelektrode 15 herum durch Umspritzen oder
Vergießen derart ausgebildet ist, daß die Bodenelektrode 15 integraler Bestandteil
des Gehäuseunterteiles 17 ist. Das Gehäuseunterteil 17 wird durch die Deckelelektrode
12 verschlossen, die von einem bei 18 angedeuteten, heißverschweißten Rand des Isolierstoffträgers
16 unverlierbar gehalten wird.
[0055] Zwischen Deckelelektrode 12 und Bodenelektrode 15 ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk
19 in einem ersten Innenraum 20 des Isolierstoffträgers 16 angeordnet. Das Schaltwerk
19 umfaßt eine mechanische und elektrische Reihenschaltung aus einem Federelement
21 sowie einem Schaltorgan 22, die durch eine bei 23 angedeutete Verbindung miteinander
verbunden sind. Das Schaltorgan 22 ist im vorliegenden Fall ein Bimetall-Element.
[0056] Das Federelement 21 hat dabei eine weitgehend temperaturunabhängige Stellkraft, was
im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß sich die Stellkraft oder Federkraft
des Federelementes 21 im Bereich der zulässigen Betriebstemperatur des Schalters 10
nicht merklich ändert. Die Stellkraft des Bimetall-Elementes ist dagegen stark temperaturabhängig
und auch in der sogenannten Schleichphase schon derart groß, daß das Federelement
21 keinen die Verformung des Bimetall-Elementes behindernden Druck auf das bei konstanter
Temperatur in diesem Federsystem somit starre Bimetall-Element ausüben kann.
[0057] Das Federelement 21 ist mit seinem ersten, T-förmigen Ende 25 in Fig. 1 oben rechts
in Anlage mit der Deckelelektrode 12 und führt mit seinem zweiten Ende 26 in die Verbindung
23 zu dem Schaltorgan 22. Das Schaltorgan 22 trägt an seinem freien Ende 27 ein bewegliches
Kontaktteil 28, das mit einem schalterfesten Gegenkontakt 29 zusammenwirkt, der an
der Bodenelektrode 15 ausgebildet ist.
[0058] In seiner in Fig. 1 gezeigten Schließstellung stellt das Schaltwerk 19 eine elektrisch
leitende Verbindung zwischen der Deckelelektrode 12 sowie der Bodenelektrode 15 her.
Bei einer Temperaturerhöhung hebt sich der bewegliche Gegenkontakt 28 von dem festen
Gegenkontakt 29 ab, wobei sich die Verbindung 23 in Fig. 1 nach unten bewegt und dabei
auf einer Isolierbrücke 31 zu liegen kommt, durch die ein Kurzschluß mit der Bodenelektrode
15 verhindert wird.
[0059] In noch zu beschreibender Weise sind an der Deckelelektrode 12 auf dessen Innenseite
32 ein Selbsthaltewiderstand sowie ein Serienwiderstand angeordnet, wobei der Selbsthaltewiderstand
elektrisch zwischen die Deckelelektrode 12 sowie die Bodenelektrode 15 und der Serienwiderstand
elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß 11 und das zweite Ende 25 des Federelementes
21 geschaltet ist.
[0060] In dem Isolierstoffträger 16 ist ein zweiter Innenraum 34 vorgesehen, in den von
oben ein Verbindungselement 35 hineinragt, das mit einer hochgebogenen Lasche 36 der
Bodenelektrode 15 elektrisch in Anlage ist. In noch zu beschreibender Weise ist das
Verbindungselement 35 ebenfalls in Anlage mit dem Selbsthaltewiderstand, wie es jetzt
anhand von Fig. 2 erklärt wird.
[0061] In Fig. 2 ist zunächst zu erkennen, daß das Gehäuseunterteil 17 einen gegenüber seinem
Rand 18 nach unten zurückgesetzten Sokkel 37 aufweist, auf dem das T-förmige zweite
Ende 25 des Federelementes 21 aufliegt. Dieses T-förmige zweite Ende 25 weist einen
Ansatz 38 auf, auf dem eine Kontaktfläche 39 zur Kontaktierung des Serienwiderstandes
vorgesehen ist.
[0062] Es sei noch erwähnt, daß das T-förmige Ende 25 auf dem Sockel 37 durch Vorsprünge
40a, 40b und 40c gegen Verrutschen gesichert ist.
[0063] Neben dem Ansatz 38 liegt auf dem Sockel 37b eine Kontaktplatte 41 des Verbindungselementes
35. Von der Kontaktplatte 41 erstrecken sich nach unten zwei Kontaktbügel 42, 43,
die zwischen sich die Lasche 36 der Bodenelektrode 15 einklemmen. Die Kontaktplatte
41 gelangt in Anlage mit dem Selbsthaltewiderstand, wie es jetzt anhand der Unteransicht
der Deckelelektrode 12 in Fig. 3a erklärt wird.
[0064] Die Deckelelektrode 12 ist zunächst großflächig mit einer Isolationsschicht 45 versehen,
auf der geometrisch parallel nebeneinander eine einen Selbsthaltewiderstand 46 bildende
Widerstandsbahn sowie eine einen Serienwiderstand 47 bildende Widerstandsbahn aufgebracht
ist. An ihrem linken Ende sind diese Widerstandsbahnen mit Anschlußteilen 48 bzw.
49 versehen, durch die eine elektrische Verbindung zu der Deckelelektrode 12 und damit
dem ersten Außenanschluß 11 hergestellt wird.
[0065] An ihrem anderen Ende sind die Widerstandsbahnen mit Anschlußteilen 51, 52 versehen,
die in Kontaktflächen 53 bzw. 54 auslaufen.
[0066] Über die Kontaktfläche 53 gelangt der Selbsthaltewiderstand 46 in Anlage mit der
Kontaktplatte 41, so daß der Selbsthaltewiderstand 46 zwischen die Deckelelektrode
12 und die Bodenelektrode 15 geschaltet ist, wenn die Deckelelektrode 15 auf dem Isolierstoffträger
16 aufliegt.
[0067] Die Kontaktfläche 54 gelangt bei aufgelegter Deckelelektrode 12 in Anlage mit der
Kontaktfläche 39, so daß der Serienwiderstand 47 elektrisch in Reihe zwischen den
ersten Außenanschluß 11 sowie das Federelement 21 geschaltet ist.
[0068] Die schichtartige Anordnung des Selbsthaltewiderstandes 46 sowie des Serienwiderstandes
47 auf der Innenseite der Deckelelektrode 12 ist in der Seitenansicht der Fig. 3b
in stark vergrößerter, nicht maßstabsgerechter Darstellung gezeigt.
[0069] Die Montage des Schalters 10 erfolgt derart, daß zunächst die Bodenelektrode 15 mit
dem Isolierstoffträger 16 umspritzt wird, wobei die beiden Innenräume 20 und 34 freigelassen
werden. In den Innenraum 20 wird dann das Schaltwerk 19 so eingelegt, daß das T-förmige
Ende 25 des Federelementes 21 auf dem Sockel 37 zu liegen kommt. Dann wird das Verbindungselement
35 in den zweiten Innenraum 34 eingeschoben, wobei die Lasche 36 zwischen die Kontaktbügel
42 und 43 eingeklemmt wird.
[0070] Danach wird die mit dem Selbsthaltewiderstand 46 sowie ggf. dem Serienwiderstand
47 versehene Deckelelektrode 12 von oben auf den Isolierstoffträger 16 aufgelegt,
wobei die Kontaktfläche 53 mit der Kontaktplatte 41 und die Kontaktfläche 54 mit der
Kontaktfläche 39 derart in Anlage gelangt, daß der Schalter 10 mit einem Vorwiderstand
sowie einem Selbsthaltewiderstand ausgerüstet ist.
[0071] Das Schaltwerk 19 richtet sich bei dieser Montage in dem ersten inneren Raum 20 sozusagen
automatisch aus, das Federelement 21 gleicht den Druck auf das Schaltorgan 22 derart
aus, daß eine sichere Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 28 sowie dem festen
Gegenkontakt 29 hergestellt wird.
[0072] Anhand der Fig. 4 bis 6 soll jetzt noch das Verhältnis der Stellkräfte von Federelement
21 sowie Schaltorgan 22 zueinander erklärt werden.
[0073] Dazu ist in Fig. 4 das Schaltwerk 19 aus Fig. 1 schematisch in vergrößertem Maßstab
in seiner Schließstellung gezeigt. Das Schaltorgan 22 befindet sich soweit unterhalb
seiner Sprungtemperatur, daß seine Schleichphase noch nicht eingesetzt hat. Das Schaltorgan
22 drückt gegen die Kraft des Federelementes 21 die Verbindung 23 in Fig. 4 nach oben,
so daß sich ein bei 57 angedeuteter Abstand zur Deckelelektrode 12 sowie ein bei 58
angedeuteter Abstand zu dem Gegenkontakt 29 einstellt.
[0074] Wenn sich jetzt die Temperatur des Schaltorganes 22 infolge eines erhöhten Stromflusses
und damit einer erhöhten Aufheizung des Serienwiderstandes 47 oder infolge einer erhöhten
Außentemperatur, die sowohl über die Deckelelektrode 12 als auch über die Bodenelektrode
15 angekoppelt werden kann, erhöht, so beginnt zunächst die Schleichphase des Schaltorganes
22, in der seine gegen die Kraft des Federelementes 21 arbeitende Federkraft nachläßt,
so daß die Verbindung 23 in Fig. 4 nach unten bewegt wird, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist. Die Stellkraft des Bimetall-Elementes ist jedoch noch immer so groß, daß die
Stellkraft des Federelementes 21 nicht ausreicht, um die in der Schleichphase auftretenden
Verformungen zu behindern. Unabhängig von seiner Geometrieänderung in dieser Schleichphase
ist das Schaltorgan verglichen mit dem Federelement 21 als starr anzusehen, der Kontaktdruck
wird allein durch die Stellkraft des Federelementes ausgeübt.
[0075] Der Abstand 57 vergrößert sich in dem Maße, in dem sich der Abstand 58 verringert.
Die mechanische Reihenschaltung aus Federelement 21 und Schaltorgan 22 drückt jedoch
nach wie vor das bewegliche Kontaktteil 28 gegen den Gegenkontakt 29. Im Vergleich
zwischen den Fig. 4 und 5 ist jedoch zu erkennen, daß das bewegliche Kontaktteil 28
sich in Fig. 5 quer zu dem Gegenkontakt 29 verschoben hat. Diese Reibung ist erwünscht,
denn hierdurch werden die Kontaktflächen zwischen Kontaktteil 28 und Gegenkontakt
29 gereinigt, so daß der elektrische Übergangswiderstand sehr gering ist.
[0076] Erhöht sich jetzt die Temperatur des Schaltorganes 22 weiter, so schnappt es in Richtung
eines Pfeiles 59 in seine Öffnungsstellung, die in Fig. 6 dargestellt ist. Die Verbindung
23 ist noch weiter nach unten gelangt, wobei das Schaltorgan 22 das bewegliche Kontaktteil
28 von dem Gegenkontakt 29 abgehoben hat. Im Vergleich zwischen den Fig. 4 und 6 ist
zu erkennen, daß sich die Verbindung 23 zwischen der Deckelelektrode 12 und der Bodenelektrode
15 nach unten bewegt, während sich das bewegliche Kontaktteil 28 in umgekehrter Richtung
nach oben bewegt, so daß der lichte Abstand zwischen Deckelelektrode 12 und Bodenelektrode
15 sozusagen doppelt ausgenutzt wird.
[0077] In der in Fig. 6 gezeigten Stellung fließt jetzt noch ein Reststrom durch den Selbsthaltewiderstand
46, der eine entsprechende Wärme entwickelt, die ausreicht, das Schaltorgan 22 in
seiner Hochtemperaturstellung gemäß Fig. 6 zu halten.
[0078] Aus den Fig. 4 bis 6 ist ferner zu erkennen, daß das Federelement 21 sowie das Schaltorgan
22 im wesentlichen flache, blechartige Teile sind, die V-förmig angeordnet sind, sich
also von ihrer Verbindung 23 zur selben Seite hin erstrecken. Durch diese "zurückgeklappte"
Anordnung wird neben der oben erwähnten doppelten Ausnutzung des Abstandes zwischen
Deckelelektrode 12 und Bodenelektrode 15 zusätzlich eine relativ kurze Bauform des
neuen Schalters 10 erreicht.
1. Schalter mit einem Isolierstoffträger (16), an dem ein erster und ein zweiter Außenanschluß
(11, 14) angeordnet sind, sowie einem temperaturabhängigen Schaltwerk (19), das in
Abhängigkeit von seiner Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Außenanschluß
(11, 14) eine elektrisch leitende Verbindung für einen durch den Schalter zu leitenden
elektrischen Strom herstellt, und ein Schaltorgan (22), das seine geometrische Form
temperaturabhängig zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verändert und
in seiner Schließstellung den Strom führt, sowie ein Stellorgan umfaßt, das mit dem
Schaltorgan (22) elektrisch und mechanisch in Reihe geschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Außenanschluß (11) mit einer flächigen Deckelelektrode (12) verbunden ist,
an der das Stellorgan mit seinem ersten Ende (25) festgelegt ist, und auf dessen Innenseite
(32) ein flacher Selbsthaltewiderstand (46) angeordnet ist, der elektrisch zwischen
die Deckelelektrode (12) und den zweiten Außenanschluß (14) geschaltet ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan ein Federelement (21) umfaßt, dessen Stellkraft weitgehend temperaturunabhängig
ist, und das Schaltorgan (22) eine temperaturabhängige Stellkraft aufweist, die in
dessen Schleichphase größer ist als die Stellkraft des Federelementes (21).
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Außenanschluß (14) mit einer Bodenelektrode (15) verbunden ist, mit der
ein bewegliches Kontaktteil (28) zusammenwirkt, das an dem Schaltorgan (22) vorgesehen
ist, und zwischen der Deckelelektrode (12) und der Bodenelektrode (15) ein Verbindungselement
(35) angeordnet ist, das den Selbsthaltewiderstand (46) mit der Bodenelektrode (15)
verbindet.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite (32) der Deckelelektrode (12) ein flacher Serienwiderstand (47)
angeordnet, der elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß (11) und das erste Ende
(25) des Federelementes (21) geschaltet ist.
5. Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite (32) der Deckelelektrode (12) eine Isolationsschicht (45) angeordnet
ist, auf der zumindest eine Widerstandsbahn (46) angeordnet ist, die einen Endes mit
dem ersten Außenanschluß (11) und anderen Endes mit einer Kontaktfläche (53) verbunden
ist, mit der eine Kontaktfläche des Verbindungselementes (35) in Anlage ist.
6. Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite (32) der Deckelelektrode (12) eine Isolationsschicht (45) angeordnet
ist, auf der zumindest eine Widerstandsbahn (47) angeordnet ist, die einen Endes mit
dem ersten Außenanschluß (11) und anderen Endes mit einer Kontaktfläche (54) verbunden
ist, mit der eine Kontaktfläche (39) an dem Federelement (21) in Anlage ist.
7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (35) eine auf dem Isolierstoffträger (16) aufliegende Kontaktplatte
(41), die mit der Kontaktfläche (53) des Selbsthaltewiderstandes (46) in Anlage ist,
sowie auf die Bodenelektrode (15) zuweisende Kontaktbügel (42, 43) aufweist, die zwischen
sich eine von der Bodenelektrode (15) hochstehende Lasche (36) einklemmen.
8. Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (21) an seinem ersten Ende (25) T-förmig ausgebildet ist, mit diesem
T-förmigen Ende (25) auf dem Isolierstoffträger (16) aufliegt und an diesem T-förmigen
Ende (25) eine Kontaktfläche (39) aufweist, die mit der Kontaktfläche (54) des Serienwiderstandes
(47) in Anlage ist.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (21) und das Schaltorgan (22) im wesentlichen flache, blechartige
Teile sind, die sich zur selben Seite V-förmig von ihrer Verbindungsstelle (23) weg
erstrecken.
1. Interrupteur avec un support en matière isolante (16) sur lequel sont disposés un
premier et un deuxième raccord extérieur (11, 14), ainsi qu'un mécanisme de coupure
(19) dépendant de la température qui réalise une liaison électriquement conductrice,
en fonction de sa température, entre le premier et le deuxième raccord extérieur (11,
14), pour un courant électrique à conduire à travers l'interrupteur, et comprend un
organe de coupure (22) qui modifie sa forme géométrique en fonction de la température
entre une position de fermeture et une position d'ouverture et conduit le courant
dans sa position de fermeture, ainsi qu'un organe de réglage qui est couplé en série
électriquement et mécaniquement avec l'organe de coupure (22),
caractérisé en ce que le premier raccord extérieur (11 ) est relié à une électrode de couvercle (12) plate
sur laquelle l'organe de réglage est fixé par sa première extrémité (25), et sur la
face intérieure (32) de laquelle est disposée une résistance à auto-maintien (46)
plate qui est couplée électriquement entre l'électrode de couvercle (12) et le deuxième
raccord extérieur (14).
2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage comprend un élément à ressort (21) dont la force de réglage est
largement dépendante de la température, et l'organe de coupure (22) présente une force
de réglage dépendante de la température qui dans sa phase de rampage est supérieure
à la force de réglage de l'élément à ressort (21).
3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième raccord extérieur (14) est relié à une électrode de fond (15) avec laquelle
coopère une pièce de contact (28) mobile qui est prévue sur l'organe de coupure (22),
et entre l'électrode de couvercle (12) et l'électrode de fond (15) est disposé un
élément de liaison (35) qui relie la résistance à auto-maintien (46) à l'électrode
de fond (15).
4. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur la face intérieure (32) de l'électrode de couvercle (12) est disposée une résistance
série (47) plate qui est montée électriquement entre le premier raccord extérieur
(11) et la première extrémité (25) de l'élément à ressort (21).
5. Interrupteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que sur la face intérieure (32) de l'électrode de couvercle (12) est disposée une couche
d'isolation (45) sur laquelle est disposée au moins une piste résistante (46) qui
est reliée à une extrémité au premier raccord extérieur (11) et à l'autre extrémité
à une surface de contact (53) qui s'applique contre une surface de contact de l'élément
de liaison (35).
6. Interrupteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que sur la face intérieure (32) de l'électrode de couvercle (12) est disposée une couche
d'isolation (45) sur laquelle est disposée au moins une piste résistante (47) qui
est reliée à une extrémité au premier raccord extérieur (11 ) et à l'autre extrémité
à une surface de contact (54) qui s'applique contre une surface de contact (39) de
l'élément à ressort (21).
7. Interrupteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément de liaison (35) présente une plaque de contact (41) qui repose sur le support
en matière isolante (16) et s'applique contre la surface de contact (53) de la résistance
à auto-maintien (46), ainsi que des étriers de contact (42, 43) tournés vers l'électrode
de fond (15), qui enserrent entre eux une patte (36) se dressant sur l'électrode de
fond (15).
8. Interrupteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'élément à ressort (21) est réalisé en forme de T à sa première extrémité (25),
en ce qu'il repose par cette extrémité en T (25) sur le support en matière isolante (16) et
présente, à cette extrémité en forme de T (25), une surface de contact (39) qui s'applique
contre la surface de contact (54) de la résistance série (47).
9. Interrupteur selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'élément à ressort (21) et l'organe de coupure (22) sont des pièces de type tôle
sensiblement plates qui s'étendent vers le même côté, en forme de V, à partir de leur
point de liaison (23).