DE10024381A1

DE10024381A1 - Dreipoliger Thermoschalter

Info

Publication number: DE10024381A1
Application number: DE2000124381
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Fleckenstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-22

Abstract

Dreipoliger Thermoschalter zum Schutz von wärmeempfindlichen Bauelementen mit: einem Gehäuse (2) zur Aufnahme eines Kontaktsteges (4A) und zweier mechanisch vorgespannter Kontaktfedern (6, 7), die durch eine Lotsicherung (8) gesichert an dem Kontaktsteg (4A) anliegen, wobei die Lotsicherung (8) bei Überschreiten einer Schwellentemperatur schmilzt und die Kontaktfedern (6, 7) von dem Kontaktsteg (4A) zur Unterbrechung des elektrischen Kontaktes weggeschwenkt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen dreipoligen Thermoschalter.

Die DE-AS-11 08 795 beschreibt einen thermischen Kleinselbst schalter mit einer freischwebenden, schwenkbaren Schaltbrücke, die einerseits mit einem Gegenkontakt und andererseits mit ei nem Bimetall zusammenwirkt. Dieser thermische Kleinselbstschal ter wird durch einen Kipphebel in einen Einschaltzustand ge bracht, in welchem die schwenkbare Schaltbrücke mit einem Ende an einem Kontakt und mit dem anderen Ende an einem Kontaktschuh eines Bimetallstreifens anliegt. Bei Erwärmung verbiegt sich der Bimetallstreifen, so dass die Schaltbrücke von dem Kontakt schuh entriegelt wird und verschwenkt, wobei sich der an dem anderen Ende der Schaltbrücke befindliche Kontakt öffnet.

Die DE-AS-10 95 378 beschreibt ein Schaltgerät mit thermischer Auslösung, bei dem eine mit einem Druckknopf gekoppelte, schwenkbare Schaltbrücke vorgesehen ist, die einerseits mit einem Gegenkontakt und andererseits mit einem Bimetall zusam menwirkt. Der Schaltmechanismus wird allein durch die Schalt brücke gebildet, auf die eine einzige Schaltfeder einwirkt, die gleichzeitig als Kontaktdruck-, Ausschalt- und Rückholfeder dient.

Die oben beschriebenen thermisch auslösbaren Schalter weisen eine schwenkbare Schaltbrücke auf, die an beiden Enden mit ei nem Kontakt versehen ist. Der Strom fließt im Einschaltzustand über den Bimetallstreifen und die Schaltbrücke zu dem Gegenkon takt. Bei Auftreten eines Überstroms verbiegt sich der Bime tallstreifen und gibt nach einer bestimmten Auslenkung die Schaltbrücke frei, die infolge der Wirkung einer Feder ver schwenkt wird, wodurch die Kontakte getrennt werden.

Bei diesen Schaltern handelt es sich um temperaturempfindliche zweipolige Schalter, die bei Auftreten eines Überstroms auslö sen und so einen Schaltkreis auftrennen.

Derartige temperaturempfindliche zweipolige Schalter werden beispielsweise als Temperaturschalter in einem Überspannungs schutzgerät eingesetzt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Überspan nungsschutzgeräte benötigen einen Temperaturschutz für den Fall, dass in ihr enthaltene Überspannungsschutzbauelemente, wie beispielsweise Varistoren, überhitzt werden.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Überspannungsschutzgerät nach dem Stand der Technik. Ein Phasenleiter L und ein Nulleiter N sind jeweils über einen Temperaturschalter T und einen Varistor V an einen Sternpunkt angeschlossen, der über eine Funken strecke F mit einem Schutzleiter PE verbunden ist. Die Varisto ren V₁, V₂ sind jeweils wärmeleitend mit Temperaturschaltern T₁, T₂ verbunden, die bei Überhitzung auslösen und die Varistoren von der jeweiligen aktiven Leitung L bzw. N trennen.

Für derartige Überspannungsschutzgeräte werden zwei Temperatur schalter T₁, T₂ eingesetzt, um die beiden aktiven Leiter L, N im Fehlerfall von den Bauelementen V₁, V₂ zu trennen. Derartige Überspannungsschutzgeräte sind wegen des Einbaus mehrerer Tem peraturschalter aufwendig herzustellen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Überspannungsschutzgerät nach dem Stand der Technik, wie es in der DE 198 19 792 beschrieben ist, wobei ein dreipoliger Temperaturschalter TS in das Überspan nungsschutzgerät eingebaut ist. Ein Varistor V₁ ist zwischen einen Knoten K₁ eines Phasenleiters L und einen ersten An schluss eines dreipoligen Schalters TS geschaltet. Ein zweiter Varistor V₂ ist zwischen einen Knoten K₂ eines Nulleiters N und einen zweiten Anschluss des dreipoligen Schalters TS geschal tet. Der dreipolige Schalter TS ist über eine Funkenstrecke F an einen Schutzleiter PE angeschlossen.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 dargestellten herkömmlichen dreipo ligen Schalter TS im Detail. Der dreipolige Schalter TS weist einen schwenkbaren Drehkontakt D auf, der aus drei Kontaktarmen A, B, C besteht, die in einer bestimmten festen räumlichen Be ziehung zueinander stehen. Der Drehkontakt D ist an einem Dreh punkt P schwenkbar gelagert. Der Kontaktarm C bildet gleichzei tig einen Auslösearm, der durch eine Feder FE in einer zugehö rigen temperaturempfindlichen Lotsicherung L gehalten wird. Die Kontaktarme A, B, C weisen an ihren Enden Kontakte auf. Die Kontakte liegen im Einschaltzustand an zugehörigen Gegenkon takten an.

Bei einer Temperaturänderung oder bei Überschreiten eines vor bestimmten Schwellenstromwertes schmilzt die Lotsicherung L, so dass der Auslösearm C durch die Feder FE angezogen wird. Da durch wird der Drehkontakt D mit seinen drei Kontaktarmen A, B, C zur Trennung der Kontakte von den Gegenkontakten verschwenkt.

Der in Fig. 3 dargestellte dreipolige Schalter nach dem Stand der Technik, wie er in der DE 198 19 792 A1 beschrieben ist, weist jedoch einige Nachteile auf. Der Aufbau des dreipoligen Schalters TS ist technisch relativ aufwendig. In dem Schalter TS ist zusätzlich eine Feder FE als eigenständiges zusätzliches Bauelement vorgesehen. Hierdurch werden die Herstellungskosten des Schalters zusätzlich erhöht. Da die Kontaktarme A, B, C in einer sehr genauen festgelegten räumlichen Beziehung zueinander stehen müssen, sind die Herstellungstoleranzen bei der Herstel lung des Drehkontakts D sehr gering, so dass die Herstellung des Drehkontakts D relativ aufwendig ist. Darüber hinaus ist die Montage des Drehkontakts D in dem Gehäuse des Schalters sowie die Befestigung an der Feder FE relativ arbeitsaufwendig, wodurch die Herstellungskosten weiter ansteigen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass selbst bei einer leichten Deformierung eines Auslöserarms A, B, C die elektri sche Kontaktierung zu dem zugehörigen Gegenkontakt hochohmig wird oder sogar unterbrochen wird. In einem solchen Fall ist der dreipolige Schalter, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, nicht mehr funktionsfähig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dreipoligen Thermoschalter zum Schutz von wärmeempfindlichen Bauelementen zu schaffen, der einen besonders einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen dreipoligen Thermoschalter mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkma len gelöst.

Der erfindungsgemäße Thermoschalter ist vorzugsweise insbeson dere zur Temperaturüberwachung wärmeempfindlicher Bauelemente einsetzbar.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Überspannungsschutzgerät mit zwei Temperatur schaltern nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein weiteres Überspannungsschutzgerät mit einem drei poligen Schalter nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 einen dreipoligen Thermoschalter nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreipoligen Thermoschalters,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 zur Darstel lung der Lotsicherung, und

Fig. 6 ein Überspannungsschutzgerät mit dem erfindungsgemä ßen Thermoschalter.

Fig. 4 zeigt einen dreipoligen Thermoschalter 1 zum Schutz von wärmeempfindlichen Bauelementen gemäß der Erfindung. Der Ther moschalter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus zwei Gehäusehälf ten 2A, 2B besteht, die durch eine Einrasteinrichtung verbunden sind. Hierdurch kann das Gehäuse 2 besonders kostengünstig her gestellt werden.

Die Gehäusehälften 2A, 2B können zueinander symmetrisch aufge baut bzw. konzipiert sein. Anstelle einer Verrasterung der bei den Gehäusehälften bzw. -teile 2A, 2B können diese durch Ver schweißung oder dergleichen gegeneinander arretiert sein.

Der dreipolige Thermoschalter 1 besitzt drei elektrische An schlüsse in Form von Kontakten 3, 4, 5. Das Gehäuse 2 dient zur Aufnahme eines Kontaktsteges 4A, der mit einem mittleren Kon takt 4 leitend verbunden ist, wobei der Kontaktsteg 4A und der mittlere Kontakt 4 vorzugsweise als ein integrales Bauteil aus gebildet sind. An dem Kontaktsteg 4A liegen zwei mechanisch vorgespannte Kontaktfedern 6, 7 an. Die Kontaktfeder 6 ist da bei mit dem ersten elektrischen Kontakt 3 und die Kontaktfeder 7 mit dem dritten Kontakt 5 elektrisch verbunden. Bei einer be vorzugten Ausführungsform wird der erste elektrische Kontakt 3 und die Kontaktfeder 6 durch ein integrales Bauteil gebildet. Weiterhin bilden die Kontaktfeder 7 und der dritte elektrische Kontakt 5 ebenfalls vorzugsweise ein integrales Bauteil. Die Kontaktfedern 6, 7 bestehen aus einem elektrisch leitenden Ma terial und werden bei der Montage mechanisch vorgespannt in das Gehäuse eingesetzt. Die derart mechanisch vorgespannten Kon taktfedern 6, 7 werden mit einer Lotsicherung 8 an dem Kontakt steg 4A angebracht.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die Kontaktfedern 6, 7 etwa V- förmig innerhalb des Gehäuses 2A, 2B angeordnet, wobei die obe ren Enden der Kontaktfedern 6, 7 durch die Lotsicherung 8 an dem oberen Ende des vertikal innerhalb der Gehäuseteile 2A, 2B liegenden Kontaktsteges 4A befestigt sind. Die Kontaktfedern 6, 7 verlaufen jeweils über eine im Gehäuseinneren befindliche An lagefläche 11A, 11B, über eine an der Gehäusehälfte 2A bzw. 2B angeordneten Anlagefläche 12A, 12B und eine durch eine untere Gehäuseabdeckung 16 festgelegte Umlenkung 13A, 13B durch Öffnungen 14A, 14B hindurch und enden in den Kontakten 3 bzw. 5, wie aus Fig. 4 deutlich hervorgeht.

Durch diese Umlenkungen 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B werden die Kontaktfedern 6, 7 fest gegenüber dem Gehäuse eingespannt. Die vorgenannten Umlenkflächen bzw. Anlageflächen 11A, 11B usw. be stehen aus isolierendem Material.

Am unteren Ende des Kontaktsteges 4A befindet sich der oben be schriebene Kontakt 4, der aus dem Gehäuse bzw. aus den Gehäuse teilen 2A, 2B nach unten vorsteht und im wesentlichen parallel zu den Kontakten 3, 5 liegt.

Dadurch, dass die Kontakte 6, 7 von der Gehäusewandung her in Richtung auf die Lotsicherung 8 gebogen sind, ergibt sich die Vorspannung der beiden Kontaktfedern 6, 7.

Bei Überschreitung einer Schwellentemperatur schmilzt die Lot sicherung 8 und die mechanisch vorgespannten Kontaktfedern 6, 7 schwenken mit ihren oberen Enden von dem Kontaktsteg 4A zur Unterbrechung des elektrischen Kontaktes weg. Das beim Schmelzen geschmolzene Lot der Lotsicherung 8 tropft durch die Schwerkraft nach unten in Aufnahmestege 9, 10, die abgeschmol zene Lotreste auffangen. Hierdurch werden Kurzschlüsse, die durch abgeschmolzene Lotreste verursacht werden könnten, ver hindert.

Vor dem Schmelzen der Lotsicherung 8 sind die Kontaktfedern 6, 7 mit dem Kontaktsteg 4A elektrisch verbunden. Die Kontaktfe dern 6, 7 liegen, wie in Fig. 4 dargestellt, an dem Kontaktsteg 5 bogenförmig an, wobei die Bogenform der beiden Kontaktfedern 6, 7 spiegelsymmetrisch zu der vertikalen Symmetrielinie des Gehäuses 2 verläuft. Die Krümmung der gebogenen Kontaktfedern 6, 7 ist relativ niedrig, so dass eine mechanische Überbelas tung der Kontaktfedern 6, 7 verhindert wird. Die Krümmung der Kontaktfedern 6, 7 ist jedoch ausreichend hoch, um ein Schwen ken der Kontaktfedern 6, 7 nach dem Schmelzen der Lotsicherung 8 von dem Kontaktsteg 4A weg sicherzustellen.

Die Krümmung der Kontaktfedern 6, 7 sowie der Schmelztempera turwert der Lotsicherung 8 bestimmen, wann die Kontaktfedern 6, 7 sich von dem Kontaktsteg 4A lösen. Je höher die Schmelztempe ratur des Lotes und je stärker die Krümmung der beiden Kontakt federn 6, 7 ist, desto niedriger ist die Schwellentemperatur, bei der die Kontaktfedern 6, 7 von dem Kontaktsteg 5 wegschwen ken und die elektrische Verbindung unterbrechen. Die Geometrie des Gehäuses sowie die Längen der darin eingesetzten Kontaktfe dern 6, 7 und die Schmelztemperatur der Lotsicherung 8 sind entsprechend dem Anwendungsgebiet des dreipoligen Thermoschal ters 1 gemäß der Erfindung zu wählen.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die Stege 9, 10 etwa H-förmig ausgebildet, d. h. sie Stege 9, 10 bestehen aus einer Basis 9a bzw. 10a, die den Kontaktsteg 4A umgeben und gegenüber dem Kon taktsteg 4A beabstandeten vertikalen Stegabschnitten 9b, 10b, die an der betreffenden Basis 9a, 10a nach unten verlängert vorgesehen sind und dadurch eine behälterförmige Aufnahme 15 unterhalb der Lotsicherung 8 und seitlich des Kontaktsteges 4A definieren.

Fig. 5 zeigt einen Teilausschnitt des in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen dreipoligen Thermoschalters 1. Wie man aus Fig. 5 erkennen kann, verbindet die Lotsicherung 8 den mittig gelegenen Kontaktsteg 4A mit den beiden daran anliegenden Kon taktfedern 6, 7. Die Lotsicherung 8 ist gemäß Fig. 5 etwa U- förmig auf den Steg 4A aufgebracht und hält damit die oberen Enden der Kontaktfedern 6, 7 am oberen Ende des Kontaktsteges 4A.

Fig. 6 zeigt ein Überspannungsschutzgerät 18, bei dem der drei polige Thermoschalter 1 gemäß der Erfindung eingebaut ist. Ein Überspannungsschutzbauelement V₁, beispielsweise ein Varistor, ist zwischen einen Phasenleiter L und einen ersten Kontakt anschluss 3 des erfindungsgemäßen Thermoschalters 1 geschaltet. Ein zweites Überspannungsschutzbauelement V₂, beispielsweise ein Varistor, ist zwischen einem Nullleiter N und einem dritten Kontaktanschluss 5 des erfindungsgemäßen Thermoschalters 1 an geschlossen. Der Thermoschalter 1 ist an dem mittleren Kontakt anschluss 4 über eine Funkenstrecke F an einen Schutzleiter PE angeschlossen.

Der in Fig. 6 dargestellte Aufbau eines Überspannungsschutzge rätes ist symmetrisch, so dass der Phasenleiter 4 und der Null leiter N vertauschbar sind. Der dreipolige erfindungsgemäße Thermoschalter 1 ist mit den beiden Überspannungsschutzbauele menten V₁, V₂ wärmeleitend verbunden und öffnet seine Kontakte bei Überhitzung der Überspannungsschutzbauelemente V₁, V₂.

Wie sich aus Fig. 6 ergibt, ist der zum Thermoschalter 1 abge wandte Anschluss des Überspannungsschutzbauelementes V₁ mit der Phase L verbunden, während der zum Thermoschalter 1 abgewandte Anschluss des Überspannungsschutzbauelementes V₂ mit dem Null leiter N verbunden ist.

Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, ist der erfin dungsgemäße dreipolige Thermoschalter einfach aufgebaut, wobei die Kontaktfedern 6, 7 durch einfache Mittel, nämlich eine Lotsicherung 8, mit dem mittigen Kontaktsteg 4A verbunden sind. Durch die zusätzliche Anordnung eines Aufnahmeabschnittes 15 für abschmelzende Lotreste der Lotsicherung 8 wird eine Unter schreitung der gegenseitigen Kontaktisolierung sicher verhin dert. Die Einspannung der Kontaktfedern 6, 7 durch die Anlage flächen 11A bis 13B wird ein sicheres Auftrennen der Kontakte 6, 7 gegenüber dem durch die Lotsicherung 8 definierten Kon taktpunkt sichergestellt und es werden die Varistoren V₁, V₂ im Bereich ihres Anschlusses 3 bzw. 5 aufgetrennt.

Die Schaltkontakte 6, 7 haben definierte Drehpunkte, die im Be reich der Anlage- bzw. Umlenkflächen 12A, 12B (Fig. 4) bestimmt sind.

Bezugszeichenliste

1

Thermoschalter

2

Gehäuse

2

a unterer Gehäuseabschnitt

2

A,

2

B Gehäusehälften

3

,

4

,

5

Kontaktanschlüsse

4

A Kontaktsteg

6

,

7

Kontaktfedern

8

Lotsicherung

9

,

10

Lot-Aufnahmestege

9

a,

10

a,

9

b,

10

b Stegabschnitte

11

A,

11

B,

12

A,

12

B,

13

A,

13

B Umlenk- bzw. Anlageflächen

15

Aufnahmeeinrichtung
V₁

, V₂

Bauelemente

Claims

1. Dreipoliger Thermoschalter zum Schutz von wärmeempfind lichen Bauelementen mit:
einem Gehäuse (2) zur Aufnahme eines Kontaktsteges (4A) und zweier mechanisch vorgespannter Kontaktfedern (6, 7), die durch eine Lotsicherung (8) gesichert an dem Kontakt steg (4A) befestigt sind, wobei die Lotsicherung (8) bei Überschreiten einer Schwellentemperatur schmilzt und die Kontaktfedern (6, 7) durch die Vorspannung von dem Kon taktsteg (4A) zur Unterbrechung des elektrischen Kontaktes weggeschwenkt werden.

2. Dreipoliger Thermoschalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus zwei Gehäusehälften (2A, 2B) besteht, die durch eine Einrasteinrichtung ver bunden sind.

3. Dreipoliger Thermoschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktsteg (4A) im wesentlichen entlang der Symmetrielinie des Gehäuses (2) verläuft.

4. Dreipoliger Thermoschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch vorgespannten Kontaktfedern (6, 7) in einer zu der Symme trielinie des Gehäuses (2) spiegelsymmetrischen Bogenform an dem Kontaktsteg (4A) anliegen.

5. Dreipoliger Thermoschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellentem peratur durch die Bogenkrümmung der Kontaktfedern (6, 7) und durch die Schmelztemperatur des Lotes bestimmt ist.

6. Dreipoliger Thermoschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das eine den Kontakt steg (4A) umgebende Aufnahmeeinrichtung (15) zur Aufnahme von der Lotsicherung (8) abschmelzenden Lotresten vorgese hen ist.

7. Dreipoliger Thermoschalter nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (15) durch den Kontaktsteg (4A) umgebende Stegabschnitte (9a, 10a, 9b, 10b) gebildet ist.

8. Dreipoliger Thermoschalter nach wenigstens einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindes tens eine der Gehäusehälften (2A, 2B) des Gehäuses (2) Um lenk- bzw. Anlageflächen (11A, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B) zum Einspannen der unteren Enden der Kontaktfedern (6, 7) im unteren Gehäuseabschnitt (2a) aufweist.

9. Dreipoliger Thermoschalter nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Umlenk- bzw. Anlageflächen (11A bis 13B) einen Drehpunkt für die Kontaktfedern (6, 7) definie ren.

10. Verwendung des dreipoligen Thermoschalters nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Schutz temperaturempfindlicher Bauelemente (V₁, V₂) vor Überhitzung, wobei der Thermo schalter (1) wärmeleitend mit den zu schützenden Bauele menten verbunden ist und bei Überschreiten einer Schwel lentemperatur die zu schützenden Bauelemente (V₁, V₂) ab schaltet.