DE10103788A1

DE10103788A1 - Thermisch auslösbarer Schutzschalter

Info

Publication number: DE10103788A1
Application number: DE10103788A
Authority: DE
Inventors: Juergen Liebe
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-22
Also published as: US20040021545A1; ATE275756T1; CZ20032510A3; CZ297282B6; EP1356487A1; DE50200959D1; WO2002061782A1; EP1356487B1

Abstract

Ein thermisch auslösender Schutzschalter enthält ein Arbeitsbimetall (3) und einen das Arbeitsbimetall (3) in einem Gehäuse fixierenden Bimetallträger (4). Der Bimetallträger (4) ist ein gegensinnig (Schwenkreichtung 28) zum Areitsbimetall (3) ausbiegendes Kompensationsbimetall. Beide Bimetalle (3, 4) sind in Reihe geschaltet vom Strom durchflossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermisch auslösenden Schutzschalter mit einem von einem Bimetallträger gehaltenen Arbeitsbimetall. Derartige Schutzschalter werden bevorzugt in Kraftfahrzeugen eingesetzt und sollen eine konstante Auslösecha rakteristik aufweisen.

Kraftfahrzeuge sind umgebungs- bzw. jahreszeitlich bedingt größeren Tempera turschwankungen ausgesetzt. Es bereitet daher Probleme, über größere Tempe raturschwankungen eine konstante Auslösecharakteristik zu gewährleisten. Die Auslösezeit des Schutzschalters ist nicht nur von dem Strom abhängig, der durch den Schalter und sein Arbeitsbimetall hindurchfließt, sondern auch von der Um gebungstemperatur. Der Erfindung liegt ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, einen thermisch auslösenden Schutzschalter zu schaffen, der weitgehend unab hängig von Schwankungen seiner Umgebungstemperatur eine konstante Auslö secharakteristik aufweist. Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch Anspruch 1 gelöst.

Ein herkömmlich ausgebildeter, derartiger Schutzschalter insbesondere für Kraftfahrzeuge ist Gegenstand von EP 0 450 366 B1. Dessen Auslösecharakteri stik soll bei Schwankungen der Umgebungstemperatur konstanter sein. Diese spezielle Aufgabe wird durch Anspruch 2 gelöst. Danach ist nicht nur das Arbeits bimetall sondern auch der als Kompensationsbimetall ausgebildete Träger des Arbeitsbimetalls vom Strom durchflossen. Diese Lösung zeichnet sich weiter durch eine einfache, kostengünstige Bauweise aus. Bei dem Erfindungsgegen stand ist das Kompensationsbimetall des Bimetallträgers ebenfalls von Strom durchflossen.

Trotz seiner Ausbildung als Kompensationsbimetall sind der Bimetallträger und der mit ihm elektrisch verbundene Anschlusskontakt einstückig (Anspruch 4). In besonders einfacher Weise lässt sich das durch eine Abbiegung des Anschluss kontaktes aus der mit der Gehäuseebene identischen Funktionsebene des als Kompensationsbimetall wirksamen Bimetallträgers nach Anspruch 5 bewerkstelli gen. Dadurch bilden das Arbeitsbimetall und der als Kompensationsbimetall aus gestaltete Bimetallträger jeweils ein hinsichtlich ihrer Außenkontur vorzugsweise rechtwinkliges Bauteil, deren jeweils einer Schenkel mit seinem Ende jeweils Au ßenseite an Außenseite anliegend miteinander in fertigungstechnisch einfach her zustellender Weise miteinander verbunden sind (Anspruch 6, 7).

Auch ein gemäß Anspruch 10 vorhandener Fixierhaken kann Teil des als Kom pensationsbimetall ausgestalteten Bimetallträgers sein. Das begünstigt eine einfa che Fertigung.

Durch Anspruch 11 bereitet die Ausbildung auch des Anschlusskontaktes als Bi metall keine Befestigungsprobleme. Die Ausdehnung der Aktivseite des bimetalli schen Anschlusskontaktes unmittelbar an der Wand des Isolierstoffgehäuses fängt Temperaturspannungen in unmittelbarer Nähe ab.

Durch Anspruch 12 ist sichergestellt, dass die Auslösefunktion des Schalters Vor rang gegenüber der Kompensationsfunktion des Bimetallträgers hat. Das ist eine für die sichere Funktion des Schutzschalters wichtige Gewährleistung, der auch Anspruch 13 dienlich ist.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schutz schalters in Explosionsdarstellung.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Arbeitsbimetalls und des als Kompen sationsbimetall ausgebildeten Bimetallträgers, die zu einem einheitlichen Bauteil miteinander verbunden sind.

Fig. 3 eine Frontansicht in Blickrichtung III von Fig. 2 auf das vereinheitlichte Bi metall-Bauteil.

Fig. 4 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung IV von Fig. 3.

Fig. 5 eine Rückansicht in Pfeilrichtung V von Fig. 4 auf das vereinheitlichte Bi metall-Bauteil.

Das Gehäuse des Schutzschalters besteht aus den beiden mit ihren Öffnungs seiten einander zugewandten, aus Isolierwerkstoff bestehenden Gehäusehälf ten 1,2, die die Funktionsteile des Schutzschalters nach außen abgeschirmt um fassen. Sie geben dem Schutzschalter in Montagestellung die Form eines Flach quaders mit etwa parallel zu ihren Außenflächen verlaufender Teilungsebene. In dieser Teilungsebene liegt auch weitgehend die Bewegungsebene der von den beiden Gehäusehälften 1,2 gekapselten Funktionsteile.

Der konstruktive Aufbau des Schutzschalters entspricht weitgehend dem Gegen stand von EP 0 450 366 B1 mit allerdings dem wesentlichen Unterschied, dass nicht nur das Arbeitsbimetall 3 sondern auch der Bimetallträger 4 Bimetalle sind. Das Arbeitsbimetall 3 und der Bimetallträger 4 sind also zu einer Bimetalleinheit 5 miteinander verbunden. Aus Einfachheitsgründen wird zur Erläuterung der grund sätzlichen Funktionsweise des Schutzschalters in vollem Umfang auf den Offen barungsgehalt von EP 0 450 366 B1 verwiesen. Die hier folgende Beschreibung beschränkt sich daher weitgehend auf die wesentlichen Unterschiedsmerkmale des Erfindungsgegenstandes gegenüber EP 0 450 366 B1, die im Übrigen zum Gegenstand auch der vorliegenden Erfindungsoffenbarung gemacht wird.

Die für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schutzschalters neben der Bimetalleinheit 5 wesentlichen, zwischen den Gehäusehälften 1, 2 eingeschlosse nen Funktionsbauteile sind die Kontaktbrücke 6 und das Festkontaktstück 7 mit seinem Steckanschluss 8. Der Stromfluss des eingeschalteten Schutzschalters zwischen dem Steckanschluss 8 des Festkontaktstückes 7 und dem mit dem Bi metallträger 4 einstückigen Steckkontakt 9 der Bimetalleinheit 5 verläuft von dem mit dem Steckanschluss 8 einstückigen und gehäusefesten Festkontakt 10 über die winkelförmige Kontaktbrücke 6 zum Arbeitsbimetall 3 und von dort über den Bimetallträger 4 zum Steckkontakt 9 - und umgekehrt. Der Festkontakt 10 beauf schlagt dabei kontaktierend den Vertikalschenkel 11 der winkelförmigen Kontakt brücke 6, deren Horizontalschenkel 12 mit seinem Freiende die Haltenase 13 des Arbeitsbimetalls 3 untergreift und dabei von der Schwenkdruckfeder 14 und der Auslösefeder 15 permanent gegen die Unterseite der Haltenase 13 beaufschlagt ist. Solange der Arbeitsschenkel 16 des Arbeitsbimetalls 3 gegenüber dem Fixier schenkel 20 seine im Wesentlichen rechtwinklige Ruheposition einnimmt, beauf schlagt die Haltenase 13 das Freiende des Horizontalschenkels 12 der Kontakt brücke 6 und hält diese in Einschaltstellung gegenüber dem Festkontakt 10 und die beiden die Kontaktbrücke 6 in ihre Öffnungsrichtung beaufschlagenden Fe dern 15, 16 unter Kompression.

Unter Überstrom erhitzt das Arbeitsbimetall 3. Sein Arbeitsschenkel 16 biegt im Uhrzeigersinn 17 gegenüber dem gehäusefest fixierten Bimetallträger 4 aus. Die am Freiende des Arbeitsschenkels 16 des Arbeitsbimetalls 3 fixierte Haltenase 13 wird dadurch aus ihrer Beaufschlagungsstellung gegenüber der Kontaktbrücke 6 zurückgezogen. Demzufolge wird die Kontaktbrücke 6 unter Entspannung der Druckfedern 14, 15 in ihre Öffnungsstellung geschwenkt. Der Kontakt zwischen der Bimetalleinheit 5 und dem Festkontaktstück 7 wird aufgerissen.

Das durch die Erhitzung des Arbeitsbimetalls 3 bewirkte Ausschwenken seines Arbeitsschenkels 16 im Uhrzeigersinn 17 ist eine Folge des Umstandes, dass die Aktivschicht 18 die Innenseite und die Passivschicht 19 die Außenseite des im Wesentlichen rechtwinkligen Arbeitsbimetalls 3 bilden. Im Falle der Figurendar stellung ist der Arbeitsschenkel 16 vertikal ausgerichtet. Der andere, horizontale Schenkel des einstückigen, rechtwinklig gebogenen Arbeitsbimetalls 3 ist der Fi xierschenkel 20. Der Fixierschenkel 20 ist mit seinem Freiende 21 am gleichge richtet (Richtung 22) vorstehenden und horizontal ausgerichteten Freiende 23 des horizontalen Verbindungsarmes bzw. Arbeitsschenkels 24 des Bimetallträgers 4 fixiert. Der Bimetallträger 4 ist ebenfalls ein Bimetall. Es ist einstückig mit dem Steckkontakt 9 und mit einem Fixierhaken 25 zur Fixierung des Schutzschalters in einem nicht dargestellten Stecksockel. Der Fixierhaken 25 steht in Montagestel lung des Schutzschalters genauso wie die beiden Steckkontakte 8 und 9 aus dem Isolierstoffgehäuse (Gehäusehälften 1, 2) nach außen hinaus.

Der Bimetallträger 4 ist in Montagestellung gehäusefest zwischen den beiden Ge häusehälften 1, 2 fixiert bzw. eingespannt.

Auch der Bimetallträger 4 ist ein Bimetall. Die Aktivschicht 26 des bimetallischen Arbeitsschenkels 24 ist dem Fixierschenkel 20 des Arbeitsbimetalls 3 zugewandt. Die Passivschicht 27 des Bimetallträgers 4 liegt im Bereich des Arbeitsschen kels 24 auf der dem Fixierschenkel 20 des Arbeitsbimetalls 3 abgewandten Seite. Bei Erhitzung der Umgebungsatmosphäre biegt folglich der Arbeitsschenkel 24 des Bimetallträgers 4 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung 28 aus.

Der als Kompensationsbimetall wirksame, selbst bimetallische Arbeitsbimetallträ ger 4 ist ein blechartiger Schichtkörper mit zur Ebene des Fixierschenkels 20 des Arbeitsbimetalls 3 etwa paralleler Schichtebene. Der Anschlusskontakt 9 und der Fixierhaken 25 des Bimetallträgers 4 sind wegweisend vom Arbeitsschenkel 16 des Arbeitsbimetalls 3 von dem horizontal ausgerichteten Arbeitsschenkel 24 des Bimetallträgers 4 abgebogen. Der Verbindungsarm des bimetallischen Bimetall trägers 4 ist der Arbeitsschenkel 24 des Kompensationsbimetalls. Die Aus schwenkbewegungen des Arbeitsschenkels 16 des Arbeitsbimetalls 3 im Uhrzei gersinn 17 und des Arbeitsschenkels bzw. Verbindungsarmes 24 des bimetalli schen Bimetallträgers 4 im Gegenuhrzeigersinn 28 erfolgen in der Zeichnungs ebene von Fig. 4 als Schwenkebene.

Die Freienden 21,23 des Fixierschenkels 20 des Arbeitsbimetalls 3 einerseits und des Verbindungsarmes bzw. Arbeitsschenkels 24 des Bimetallträgers 4 stehen von den Biegescheiteln 29 bzw. 30 der Winkelform des Arbeitsbimetalls 3 und des Bimetallträgers 4 in dieselbe Richtung (in den Zeichnungen nach links) ab. Sie sind in flächiger Aneinanderlage ihrer einander zugewandten Außenseiten durch Schweißen, Nieten, Schrauben oder Hartlöten miteinander verbunden. Dabei liegt der Fixierschenkel 20 des Arbeitsbimetalls 3 mit seiner äußeren Passivschicht 19 an der die Aktivschicht 26 des Kompensationsbimetalls des Bimetallträgers 4 bil denden Außenschicht des Verbindungsarmes 24 an.

Der Ausbiegungskoeffizient des als Kompensationsbimetall ausgestalteten Bime tallträgers 4 ist vorzugsweise kleiner, maximal aber gleich groß wie der des Ar beitsbimetalls 3. Das gewährleistet eine gewisse Beschränkung der vom Verbin dungsarm 24 des Bimetallträgers auf das Arbeitsbimetall 3 ausgeübten Kompen sationswirkung. Diese Beschränkung wird noch durch einen die Ausbiegung des Verbindungsarmes 24 des Bimetallträgers 4 im Gegenuhrzeigersinn 28 limitieren den Gehäuseanschlag 31 unterstützt.

Die Ausbiegebewegung auch des Arbeitsschenkels 16 des Arbeitsbimetalls 3 im Uhrzeigersinn 17 ist durch einen gehäusefesten Gegenanschlag 32 limitiert. Der den Arbeitsschenkel 24 des Kompensationsbimetalls limitierende Anschlag 31 ist durch entsprechende Positionierung im Gehäuse 1, 2 jeweils wirksam, bevor der Gegenanschlag 32 bei einer Bimetallauslösung die Ausschwenkung des Arbeits schenkels 16 des Arbeitsbimetalls 3 limitiert.

Die Abbiegung des Steckkontaktes 9 aus der Ebene des Verbindungsarmes 24 ist so getroffen, dass der Steckkontakt 9 mit der Aktivseite 26 seines Schichtaufbaus an der Wand der Gehäusehälfte 1 anliegend fixiert ist. Bei Erwärmung drückt da her der Steckkontakt 9 gegen die Gehäusewand der Gehäusehälfte 1 und wird von dieser abgestützt und nicht von ihr weggezogen.

Als Werkstoff für den Bimetallträger 4 wird zweckmäßig ein widerstandsarmes Thermobimetall eingesetzt. Der in Montagestellung des Gehäuses (Gehäusehälf ten 1, 2) mit seiner Steckzunge aus dem Gehäuse hinausragende Steckkontakt 9 ist zu seiner Fixierung am Gehäuse 1, 2 von einem Fixierloch 37 durchsetzt. In dieses Fixierloch 37 steht ein Gehäusevorsprung der Gehäusehälfte 1 form schlüssig hinein.

Der Fixierschenkel 20 des Arbeitsbimetalls 3 ist in der Nähe des Biegescheitels 29 bzw. des Biegezwickels 34 seiner beiden Schenkel 16,20 zwischen den beiden Gehäusevorsprüngen 35, 36 der Gehäusehälfte 2 positioniert. Die Gehäusevor sprünge 35, 36 bilden den Systemdrehpunkt für die Bimetalleinheit 5, die aus dem Arbeitsbimetall 3 und dem Bimetallträger 4 gebildet ist.

Der Bimetallträger 4 ist mit Sn oder Ag überzogen. Dadurch wird seine Leitfähig keit erhöht. Außerdem wird dadurch der Steckkontakt 9 insbesondere in seinem außerhalb des Gehäuses befindlichen Bereich gegen Korrosion geschützt.

Die Auslösung des Arbeitsbimetalls 3 erfolgt durch Überstromerhitzung. Dabei biegt das Arbeitsbimetall 3 im Uhrzeigersinn 17 aus. Gleichzeitig biegt der als Kompensationsbimetall wirksame Verbindungsarm 24 mit seinem Freiende 23 im Gegenuhrzeigersinn 28 weniger stark aus und kompensiert damit einen Teil der Bewegung des Arbeitsbimetalls 3.

Bezugszeichenliste

1

Gehäusehälfte

2

Gehäusehälfte

3

Arbeitsbimetall

4

Bimetallträger

5

Bimetalleinheit

6

Kontaktbrücke

7

Festkontaktstück

8

Steckanschluss

9

Anschluss-/Steckkontakt

10

Festkontakt

11

Vertikalschenkel

12

Horizontalschenkel

13

Haltenase

14

Schwenkdruckfeder

15

Auslösefeder

16

Arbeitsschenkel

17

Uhrzeigersinn

18

Aktivschicht

19

Passivschicht

20

Fixierschenkel

21

Freiende

22

Richtung

23

Freiende

24

Verbindungsarm, Arbeits schenkel

25

Fixierhaken

26

Aktivschicht

27

Passivschicht

28

Richtung, Gegenuhrzeigersinn

29

Biegescheitel

30

Biegescheitel

31

Gehäuseanschlag

32

Gegenanschlag

33

Fixierloch

34

Biegezwickel

35

Gehäusevorsprung

36

Gehäusevorsprung

37

Fixierloch

Claims

1. Thermisch auslösender Schutzschalter mit einem Arbeitsbimetall (3) und mit einem als Träger des Arbeitsbimetalls (3) ausgebildeten, gegensinnig zum Arbeitsbimetall (3) ausbiegenden Kompensationsbimetall, welche Bi metalle in Reihe geschaltet vom Strom durchflossen sind.

2. Thermisch auslösbarer Schutzschalter mit einem in einem Isolierstoffge häuse (1, 2) gehaltenen und winkelförmig, insbesondere rechtwinklig gebo genen Bimetallstreifen als auslösendes Arbeitsbimetall (3),
dessen einer Winkelschenkel als Fixierschenkel (20) mit seinem Freiende (21) am in gleicher Richtung vorstehenden Freiende (23) eines
in Form ebenfalls eines Flachstreifens ausgebildeten,
den Fixierschenkel (20) im Wesentlichen parallelebig flankie renden,
gehäusefesten und
mit einem Anschlusskontakt (9) verbundenen Bimetallträgers (4) fixiert ist und
dessen anderer Winkelschenkel als Arbeitsschenkel (16) im Bereich seines Freiendes (21) die Kontaktbrücke (6) gegen den Öffnungs druck einer Druckfeder (14, 15) in Einschaltstellung fixiert und durch Erhitzung in vom Fixierschenkel (20) wegweisender Richtung (17) die Öffnungsbewegung der Kontaktbrücke (6) freigebend ausgelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass auch der Bimetallträger (4) ein Bimetall ist, welches sich als Kompen sationsbimetall bei Erwärmung mit seinem Freiende entgegen der kon taktöffnenden Biegerichtung (17) des Arbeitsschenkels (16) ausbiegt.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kompensationsbimetall ausgebildete Bimetallträger (4) ein blechartiger Schichtkörper mit zur Ebene des Fixierschenkels (20) des Ar beitsbimetalls etwa paralleler Schichtebene ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bimetallträger (4) und der Anschlusskontakt (9) einstückig sind.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckkontakt (9) aus der Schichtebene des Arbeitsschenkels (24) des Bimetallträgers (4) in vom Arbeitsschenkel (16) des Arbeitsbimetalls (3) wegweisender Richtung, insbesondere etwa rechtwinklig in etwa eine die Schwenkebene des Arbeitsschenkels (16) vergrößernde oder in eine zu dieser etwa parallele Ebene von der Schwenkebene des Arbeitsschen kels (16) des Arbeitsbimetalls (3) wegweisend abgebogen ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freienden (21, 23) des Fixierschenkels (20) des Arbeitsbime talls (3) und des Bimetallträgers (4) von den Biegescheiteln (29, 30) ihrer Winkelform in dieselbe Richtung abstehend in flächiger Aneinanderlage ih rer Außenseiten miteinander verbunden sind.

7. Schalter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Schweißen, Nieten, Schrauben oder Hartlöten als Verbindungsmittel.

8. Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierschenkel (20) des Arbeitsbimetalls (3) mit einer die Außen flanken seiner Winkelform bildenden Passivschicht (19) an der Aktiv schicht (26) des Arbeitsschenkels (24) des Bimetallträgers (4) anliegt.

9. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausbiegungskoeffizient des bimetallischen Bimetallträgers (4) vor zugsweise kleiner oder maximal gleich groß ist wie der des Arbeitsbime talls (3).

10. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Kompensationsbimetall des Bimetallträgers (4) einstückigen, den Steckkontakt (9) etwa gleichebig flankierenden, ebenfalls aus dem Iso lierstoffgehäuse (1, 2) hinausstehenden Fixierhaken (25) zur Fixierung des Schutzschalters in einem Stecksockel.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckkontakt (9) mit der Aktivseite (26) seines bimetallischen Schichtaufbaus an einer Wand des Isolierstoffgehäuses (1, 2) anliegend fi xiert ist.

12. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch jeweils einen die Ausbiegebewegungen der Arbeitsschenkel (16, 24) des Arbeitsbimetalls (3) und des als Kompensationsbimetall wirksamen Bime tallträgers (4) limitierenden gehäusefesten Anschlag (31, 32), wobei der den Arbeitsschenkel (24) des Bimetallträgers (4) limitierende Anschlag (31) durch entsprechende Gehäusepositionierung bei einer Bimetallaufheizung jeweils als erster wirksam ist.

13. Schalter nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein widerstandsarmes Thermobimetall als Werkstoff für den Bimetallträ ger (4).

14. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckkontakt (9) zu seiner Fixierung am Gehäuse (1, 2) von einem als Fixierangriff des Fixiermittels wirksamen Fixierloch (33) durchsetzt ist.

15. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierschenkel (20) des Arbeitsbimetalls (3) in der Nähe des Win kelscheitels (29) der Winkelform des Arbeitsbimetalls (3) zwischen zwei ge häusefesten, nach Art etwa von beidseitig einwirkenden Schneidenlagern positionierten Vorsprüngen (35, 36) als Systemdrehpunkt gehalten ist.

16. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überzug aus Sn oder Ag für den Bimetallträger (4).