DE102011101862B4

DE102011101862B4 - Temperaturabhängiger Schalter mit Stromübertragungsglied

Info

Publication number: DE102011101862B4
Application number: DE201110101862
Authority: DE
Inventors: Lutz Büttner
Original assignee: Thermik Geraetebau GmbH
Current assignee: Thermik Geraetebau GmbH
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: EP2523206B1; EP2523206A1; DK2523206T3; US8847725B2; US20120286923A1; DE102011101862A1

Abstract

Ein Temperaturabhängiger Schalter (10) umfasst ein temperaturabhängiges Schaltwerk (20) mit einer Schnappscheibe (21, 22), ein das Schaltwerk (20) aufnehmendes Gehäuse, das ein Unterteil (19) sowie ein Oberteil (12) aufweist, zumindest zwei an dem Oberteil (12) an dessen Innenseite (29) vorgesehene stationäre Kontakte (34, 35), von denen jeder mit einem ihm zugeordneten Außenanschluss (15, 16) verbunden ist, sowie ein an der Schnappscheibe (21, 22) angeordnetes und von dieser bewegtes Stromübertragungsglied (24). Die Schnappscheibe (21, 22) drückt das Stromübertragungsglied (24) temperaturabhängig in Anlage mit den beiden stationären Kontakten (34, 35), die als Auflageflächen (36, 37) für das Stromübertragungsglied (24) dienen. An der Innenseite (29) ist eine dritte Auflagefläche (38) für das Stromübertragungsglied (24) vorgesehen (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk mit einer Schnappscheibe, einem das Schaltwerk aufnehmenden Gehäuse, das ein Unterteil sowie ein Oberteil aufweist, zwei an dem Oberteil an dessen Innenseite vorgesehenen stationären Kontakten, von denen jeder mit einem ihm zugeordneten Außenanschluss verbunden ist, sowie einem an der Schnappscheibe angeordneten und von dieser bewegtem Stromübertragungsglied, wobei die Schnappscheibe das Stromübertragungsglied temperaturabhängig mit den beiden stationären Kontakten in Anlage drückt, die als Auflageflächen für das Stromübertragungsglied dienen.
Ein derartiger Schalter ist aus der DE 198 27 113 C3 bekannt.
Der bekannte Schalter weist ein Gehäuse mit einem becherartigen Unterteil auf, in das ein temperaturabhängiges Schaltwerk eingelegt ist. Das Unterteil wird durch ein Oberteil verschlossen, das durch den hochgezogenen Rand des Unterteils an diesem gehalten wird. Das Unterteil kann aus Metall oder Isolierstoff gefertigt sein, während das Oberteil aus Isolierstoff oder einem Kaltleitermaterial besteht.
In dem Oberteil sitzen zwei Kontaktnieten, deren innere Köpfe als stationäre Kontakte für das Schaltwerk dienen. Die Kontaktnieten ragen durch das Oberteil nach außen und gehen dort in äußere Köpfe über, die dem Außenanschluss des bekannten Schalters dienen. An diese äußeren Köpfe können unmittelbar Anschlusslitzen angelötet werden, wobei es auch bekannt ist, mit den äußeren Köpfen Kontaktwinkel zu halten, an die Anschlusslitzen angelötet oder angecrimpt werden.
Das Schaltwerk trägt ein Stromübertragungsglied in Form eines Kontakttellers, auf dessen Oberseite zwei miteinander verbundene Gegenkontakte angeordnet sind, die je nach Temperatur mit den beiden stationären Kontakten in Anlage gebracht werden und diese dann elektrisch miteinander verbinden. Die stationären Kontakte dienen dabei als Auflageflächen für den Kontaktteller.
Das temperaturabhängige Schaltwerk weist eine Bimetall-Schnappscheibe sowie eine Feder-Schnappscheibe auf, die zentrisch von einem Zapfen durchsetzt sind, der den Kontaktteller trägt. Die Feder-Schnappscheibe ist umfänglich in dem Gehäuse geführt, während sich die Bimetall-Schnappscheibe je nach Temperatur an einer Schulter des Unterteils oder an dem Rand der Feder-Schnappscheibe abstützt und dabei entweder die Anlage des Kontakttellers an den beiden stationären Kontakten ermöglicht oder aber den Kontaktteller von den stationären Kontakten abhebt, so dass die elektrische Verbindung zwischen den Auflenanschlüssen unterbrochen wird.
Dieser temperaturabhängige Schalter wird in bekannter Weise dazu verwendet, elektrische Geräte vor Überhitzung zu schützen. Dazu wird der Schalter elektrisch mit dem zu schützenden Gerät in Reihe geschaltet und mechanisch so an dem Gerät angeordnet, dass er mit diesem in thermischer Verbindung steht.
Unterhalb der Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe liegt der Kontaktteller an den beiden stationären Kontakten an, so dass der Stromkreis geschlossen ist und das zu schützende Gerät über den Schalter mit Strom versorgt wird. Erhöht sich die Temperatur über einen zulässigen Wert hinaus, so hebt die Bimetall-Schnappscheibe den Kontaktteller von den stationären Kontakten ab, wodurch der Schalter geöffnet und die Versorgung des zu schützenden Gerätes unterbrochen wird.
Das jetzt stromlose Gerät kann sich dann wieder abkühlen. Dabei kühlt sich auch der thermisch an das Gerät angekoppelte Schalter wieder ab, der daraufhin selbsttätig wieder schließt.
Durch die Dimensionierung des Kontakttellers ist der bekannte Schalter in der Lage, verglichen mit anderen temperaturabhängigen Schaltern, bei denen der Betriebsstrom des zu schützenden Gerätes unmittelbar über die Bimetall-Schnappscheibe oder eine ihr zugeordnete Feder-Schnappscheibe fließt, sehr viel höhere Betriebsströme zu führen, so dass er zum Schützen größerer elektrischer Geräte mit hoher Leistungsaufnahme eingesetzt werden kann.
Wie bereits erwähnt, schaltet sich der bekannte Schalter nach dem Abkühlen des von ihm geschützten Gerätes selbsttätig wieder ein. Während ein derartiges Schaltverhalten zum Schutz z. B. eines Haartrockners durchaus sinnvoll sein kann, ist dies überall dort nicht erwünscht, wo sich das zu schützende Gerät nach dem Abschalten nicht automatisch wieder einschalten darf, um Beschädigungen zu vermeiden. Dies gilt z. B. für Elektromotoren, die als Antriebsaggregate eingesetzt werden.
Die DE 198 27 113 schlägt daher vor, einen sogenannten Selbsthaltewiderstand vorzusehen, der elektrisch parallel zu den Außenanschlüssen liegt. Der Selbsthaltewiderstand liegt bei geöffnetem Schalter elektrisch in Reihe zu dem zu schützenden Gerät, durch das wegen des Widerstandswertes des Selbsthaltewiderstandes jetzt nur ein unschädlicher Reststrom fließt. Dieser Reststrom reicht jedoch aus, den Selbsthaltewiderstand soweit aufzuheizen, dass er eine Wärme abstrahlt, die die Bimetall-Schnappscheibe oberhalb ihrer Schalttemperatur hält.
Die DE 198 27 113 C2 beschreibt zwei verschiedene Wege, wie der Selbsthaltewiderstand realisiert und angebracht werden kann. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind auf der Innenseite des Oberteils Widerstandsbahnen vorgesehen, die die beiden stationären Kontakte miteinander verbinden und bei geöffnetem Schalter den für die Selbsthaltung sorgenden Reststrom führen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Oberteil aus Kaltleitermaterial gefertigt, so dass das Oberteil selbst den Selbsthaltewiderstand bildet.
Obwohl sich der bekannte Schalter technisch bewährt hat, weist er im Langzeiteinsatz insbesondere dann Probleme auf, wenn sehr höhe Ströme geschaltet werden sollen.
Damit für das Stromübertragungsglied zwei reproduzierbare Auflageflächen zur Verfügung stehen, die eine sichere Anlage und damit einen geringen Übergangswiderstand gewährleisten, müssen die stationären Kontakte, also die innenliegenden Köpfe der Nieten symmetrisch zur Symmetrieachse von Oberteil und Stromübertragungsglied liegen. Ferner müssen sie in einer Ebene liegen.
Um dies zu erreichen, werden bei dem bekannten Schalter Kontaktnieten eingesetzt, deren Köpfe innen und außen fest an dem Oberteil anliegen. Mit den äußeren Köpfen werden dann sogenannte Kontaktwinkel außen an dem Oberteil festgelegt, an die Anschlusslitzen angelötet oder angecrimpt werden. Diese Art der Kontaktierung führt zu einer sicheren Kontaktgabe zwischen Stromübertragungsglied und stationären Kontakten, wenn die Kontaktnieten symmetrisch zu der Symmetrieachse liegen.
Fertigungsbedingt ist diese symmetrische Lage jedoch nicht immer sichergestellt. Dies gilt beispielsweise bei Oberteilen aus Kaltleitermaterial.
Unter einem „Kaltleitermaterial” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein stromleitendes Keramikmaterial verstanden, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, so dass sich ihr elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur vergrößert. Der Verlauf des elektrischen Widerstandswertes über der Temperatur ist dabei nichtlinear.
Derartige Kaltleiter werden auch als PTC-Widerstände bezeichnet. Sie werden beispielsweise aus halbleitenden, polykristallinen Keramiken wie BaTiO₃ gefertigt.
Zur Herstellung der PTC-Oberteile werden Mischungen von Barium- und Titanverbindungen sowie anderen Materialien, die zusammen die gewünschten elektrischen und thermischen Eigenschaften ergeben, in eine Form mit den gewünschten geometrischen Abmaßen und Durchgangsöffnungen für die Kontaktnieten gepresst und anschließend bei hohen Temperaturen gesintert.
Durch das Sintern kann sich dabei die Geometrie der Oberteile so verändern, dass die geometrische Position der Durchgangsöffnungen variiert. Sowohl ihr Abstand zueinander als auch ihr Abstand zur Deckelmitte ändert sich beim Sintern auf unvorhersehbare Weise.
Dies führt dazu, dass eine sichere Auflage des Stromübertragungsglieds auf den stationären Kontakten nicht immer gegeben ist, so dass sich größere Übergangswiderstände ergeben als gewünscht.
Diese größeren Übergangswiderstände führen insbesondere bei hohem Stromfluss zu einer Erwärmung der Kontaktnieten, die sich insbesondere in ihrer länge derart ausdehnen, dass sich der mechanische Halt der Kontaktwinkel verschlechtert und der Übergangswiderstand weiter steigt. Dies wiederum führt nach Art einer Mitkopplung zu einer weiteren Erwärmung, was den Übergangswiderstand weiter erhöht, und so weiter.
Diese Stromeigenerwärmung führt dann dazu, dass sich die Schalttemperatur der Schalter verändert. Selbst wenn die Temperatur des überwachten Gerätes unterhalb der Ansprechtemperatur des Schalters liegt, kann die zusätzliche Stromeigenerwärmung dazu führen, dass der Schalter unerwünscht öffnet.
Diese Probleme treten insbesondere bei hohen Strömen auf, wie beispielsweise bei Drehstromanwendungen, wo in den einzelnen Phasen sehr hohe Ströme fließen. In jeder Phase wird dabei ein gattungsgemäßen temperaturabhängiger Schalter vorgesehen, der die Phase bei unzulässiger Temperaturerhöhung abschaltet.
Dabei ist es erwünscht, dass alle drei Phasen gleichzeitig abgeschaltet werden. Allerdings erfordert dies eine identische Wärmeankopplung für alle drei Schalter, was technisch, wenn überhaupt, dann nur sehr aufwändig zu realisieren ist.
Daher ist es auch bekannt, einen gattungsgemäßen Schalter in den Stern einer Drehstromschaltung zu setzen, indem zwei Phasen mit den beiden äußeren Köpfen der Kontaktnieten verbunden werden und die dritte Phase an das aus Metall gefertigte Unterteil angeschlossen wird. Der Strom in der dritten Phase fließt dann durch die Schnappscheibe und den Zapfen, der Schnappscheibe und Stromübertragungsglied mechanisch miteinander verbindet, in das Stromübertragungsglied.
Diese Lösung ist jedoch schon deshalb unbefriedigend, weil der Stromfluss durch die Schnappscheibe ebenfalls zu einer Stromeigenerwärmung führt, was das Schaltverhalten im oben beschriebenen Sinne ebenfalls unerwünscht beeinflusst.
Ferner fließen bei diesen Konstruktionen so hohe Ströme durch den Schalter, so dass sich das Problem mit der Längung der Kontaktnieten sogar noch verstärkt.
In diesem Zusammenhang ist es aus der US 4,555,686 A bekannt, bei einem temperaturabhängigen Schalter eine Heizplatte mit drei beweglichen Kontaktteilen vorzusehen, von denen jedes mit einem stationären Gegenkontakt zusammenwirkt. Die Heizplatte wird über eine Bimetallfeder bewegt, wobei durch konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt ist, dass die Heizplatte sich nicht umfänglich gegenüber den stationiren Kontakten verdrehen kann.
Bei diesem Schalter ist zum einen von Nachteil, dass er konstruktiv sehr aufwändig aufgebaut ist, wobei zum anderen die permanente Hitzeentwicklung im Inneren des Schalters, insbesondere bei der Führung von hohen Strömen, unerwünscht ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genannten Schalter mit geringem konstruktivem Aufwand derart weiterzubilden, dass er auch hohe Ströme führen und schalten kann, ohne dass seine Ansprechtemperatur dadurch unzulässig verschoben wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Schalter dadurch gelöst, dass an der Innenseite eine dritte Auflagefläche für das Stromübertragungsglied vorgesehen ist, und dass das Stromübertragungsglied ein etwa runder Kontaktteller ist, der auf seiner den stationären Kontakten zugewandten Oberfläche mit einer in Umfangsrichtung geschlossenen Kontaktfläche versehen ist.
Der Kontaktteller ist vorzugsweise durch einen zapfenartigen Niet zentrisch mit der Bimetall-Schnappscheibe und ggf. der Feder-Schnappscheibe verbunden.
Wenn ein etwa runder Kontaktteller verwendet wird, so erlaubt dies zum einen auf besonders einfache Weise die in Umfangsrichtung geschlossene Kontaktfläche, mit der die stationären Kontakte bei beliebiger Ausrichtung des Kontakttellers an unterschiedlichen Bereichen in Kontakt gelangen. Der runde Kontakteller wird dabei in jeder umfänglichen Ausrichtung durch die drei Auflagepunkte besonders sicher abgestützt, so dass er bei Anlage an den stationären Kontakten nicht „kippeln” kann. Bei der Montage des neuen Schalters muss also kein Augenmerk auf die umfängliche Ausrichtung des Stromübertragungsgliedes in dem Schalter gerichtet werden.
Unter einer Auflagefläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein an der Innenseite des Oberteils vorgesehener flächiger oder punktförmiger Auflagebereich für das Stromübertragungsglied verstanden, mit dem es bei geschlossenem Schalter in Anlage gelangt. Die beiden stationären Kontakte bilden zwei derartige Auflageflächen.
Durch die dritte Auflagefläche wird das Stromübertragungsglied jetzt nach Art einer Dreipunktabstützung in Anlage mit den stationären Kontakten gehalten, so dass es stabil anliegt und nicht verkippen kann. Die dritte Auflagefläche wird nur zum Zwecke der zusätzlichen Abstützung vorgesehen, ist als nicht nach außen durchkontaktiert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, dass eine weitere Auflagefläche, die elektrisch ohne Funktion ist, trotz der damit verbundenen höheren Fertigungskosten Vorteile bietet, wenn hohe Ströme geschaltet werden sollen.
Die stabile Anlage des Stromübertragungsgliedes an den stationären Kontakten sorgt jetzt für geringe Überganswiderstände unabhängig davon ob die stationären Kontakte exakt symmetrisch zur Symmetrieachse des Schalters liegen.
Mit anderen Worten, wenn die Lage der stationären Kontakte bedingt durch die Fertigungstechnologie oder Fertigungstoleranzen oder auch durch Effekte der Stromeigenerwärmung von der geometrischen Ideallage abweicht, so führt dies wegen der dritten Auflagefläche doch nicht zu den eingangs ausführlich beschriebenen, sich negativ auswirkenden Effekten.
Dies führt dazu, dass das Schaltverhalten eines mit einer dritten Auflagefläche versehenen Schalters auch bei hohen Strömen stromunabhängig und reproduzierbar ist.
Die Schnappscheibe kann dabei eine Bimetall-Schnappscheibe sein, die für den Schließdruck und die temperaturabhängige Öffnungsbewegung sorgt. Der Schließdruck kann aber auch allein oder zusätzlich durch eine Federschnappscheibe aufgebracht werden, während eine Bimetall-Schnappscheibe vorgesehen ist, die entweder nur für die Öffnungsbewegung sorgt oder aber in ihrer Tieftemperaturstellung auch zu dem Kontaktdruck beiträgt.
Daher ist es bevorzugt, wenn die Schnappscheibe eine Bimetall-Schnappscheibe ist, die mechanisch mit dem Stromübertragungsglied verbunden ist und dieses unterhalb ihrer Schalttemperatur gegen die stationären Kontakte drückt und oberhalb ihrer Schalttemperatur von diesen abhebt.
Andererseits ist es bevorzugt, wenn die Schnappscheibe eine Feder-Schnappscheibe ist, die das Stromübertragungsghed im Sinne einer Anlage an die stationären Kontakte vorspannt, und ferner eine Bimetall-Schnappscheibe vorgesehen ist, die das Stromübertragungsglied oberhalb ihrer Schalttemperatur von den stationären Kontakten abhebt, wobei ferner vorzugsweise die Feder-Schnappscheibe zwischen Stromübertragungsglied und Bimetall-Schnappscheibe angeordnet ist.
Während es nämlich durchaus genügt, wenn lediglich eine Bimetall-Schnappscheibe vorgesehen ist, die sowohl den Kontaktdruck herstellt als auch für das temperaturabhängige Öffnen sorgt, kann durch eine Feder-Schnappscheibe, die zusätzlich zur Bimetall-Schnappscheibe oder allein den Kontaktdruck bewirkt, die Bimetall-Schnappscheibe in ihrer Tieftemperaturstellung mechanisch entlastet werden, was zu einer größeren Langzeitstabilität ihres Schaltverhaltens beiträgt.
Einerseits ist es dann bevorzugt, wenn das Oberteil von zwei Kontaktnieten durchsetzt ist, deren innen liegende Köpfe als stationäre Kontakte und deren außen liegende Abschnitte als Außenanschlüsse dienen. Zusätzlich zu den beiden stationären Kontakten ist noch der dritte Auflagepunkt vorhanden, so dass das Stromübertragungsglied an drei Punkten sicher aufliegt.
Dieser Schalter kann jetzt zum Führen hoher Ströme in einer Phase einer Drehstromschaltung eingesetzt werden. Der Übergangswiderstand zwischen den beiden stationären Kontakten und dem Stromübertragungsglied bleibt jetzt konstant niedrig, so dass die eingangs beschriebenen Probleme mit der Längung der Nieten vermieden oder zumindest soweit verringert werden, dass keine unerwünschte Beeinflussung der Ansprechtemperatur erfolgt.
Wenn das Oberteil aus Kaltleitermaterial gefertigt ist, ist der Schalter zudem mit einer Selbsthaltefunktion ausgestattet.
Andererseits ist es bevorzugt, wenn an der Innenseite ein dritter stationärer Kontakt vorgesehen ist, der mit einem zugeordneten Außenanschluss verbunden ist, und an dem die dritte Auflagefläche vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das Oberteil von drei Kontaktnieten durchsetzt ist, deren innenliegende Köpfe als stationäre Kontakte und deren außenliegende Abschnitte als Außenanschlüsse dienen.
Auf diese Weise wird ein echter Drehstromschalter mit drei zeitgleich betätigten Schaltkontaktpaaren geschaffen. Dieser Schalter weist zunächst genau die Vorteile bezüglich Anlage des Kontakttellers auf wie der zuvor beschrieben Schalter. Nur ist jetzt auch die dritte Auflagefläche elektrisch aktiv und nach außen durchkontaktiert.
Dieser Schalter kann daher in dem Sternpunkt einer Drehstromschaltung eingesetzt werden, wo er mit allen drei Phasen verbunden wird.
Von Vorteil ist hier insbesondere, dass kein Strom durch die Schnappscheibe geführt wird und dass geringe Übergangswiderstände gewährleistet sind. Dies führt dazu, dass der neue Schalter auch bei hohen Schaltströmen eine stabile Ansprechtemperatur aufweist.
Ferner ist sichergestellt, dass alle drei Schaltkontakte zeitgleich öffnen.
Das Oberteil ist dann aus Isolationsmaterial gefertigt.
Allgemein ist es dann bevorzugt, wenn die Auflageflächen symmetrisch zu einer Symmetrieachse des Schalters angeordnet sind.
Hier ist von Vorteil, dass die sichere Anlage des Stromübertragungsgliedes, insbesondere des runden Kontakttellers, besonders zuverlässig realisiert wird.
Weiter ist es bevorzugt, wenn zumindest ein Außenanschluss einen Kontaktwinkel aufweisen, der über Kräfte an einem Schaft des Kontaktniets gehalten wird, die zumindest teilweise quer zur Längsachse des Schaftes gerichtet sind, wobei vorzugsweise der Kontaktwinkel eine Bohrung aufweist, die auf den Schaft aufgeschrumpft ist.
Bei diesen Maßnahmen ist von Vorteil, dass auf technisch einfache Weise für einen Halt des Kontaktwinkels an dem Kontaktniet gesorgt wird, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass Temperatureffekte, die zu einer Längung des Kontaktnietes führen, die Übergangswiderstände erhöhen.
Das Aufschrumpfen erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Schaft stark abgekühlt wird, so dass er schrumpft und in die Bohrung in dem Kontaktwinkel eingeschoben werden kann. Erwärmt sich der Kontaktwinkel wieder, ergibt sich eine Presshalterung zwischen Schaft und Kontaktwinkel, die sich auch bei weiterem Erwärmen des Schaftes nicht wieder lockert sondern noch fester wird.
Diese Maßnahme führt folglich dazu, dass bei Schaltern, die hohe Ströme führen, die unvermeidbare Stromeigenerwärmung keine Auswirkungen auf die Übergangswiderstände und damit auf das Schaltverhalten hat.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend 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 der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des neuen Schalters;
2 eine Explosionsdarstellung des Schalters aus 1, links in einer Ansicht von oben, rechts in einer Ansicht von unten;
3 eine perspektivische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen Schalters;
4 eine Schaltungsskizze, die die Anordnung des Schalters aus 3 als Sternpunkt einer Drehstromschaltung zeigt;
5 eine schematische, geschnittene Seitenansicht des Schalters aus 3, mit geschlossenem Schaltwerk;
6 eine Darstellung wie in 5, jedoch mit geöffnetem Schaltwerk;
7 in schematischer, geschnittener Seitenansicht eine der Kontaktnieten der Schalter aus 1 bis 6 mit aufgeschrumpftem Anschlusswinkel; und
8 eine Draufsicht auf den Kontaktwinkel aus 7.
In 1 ist mit 10 ein temperaturabhängiger Schalter bezeichnet, der ein temperaturabhängiges Schaltwerk umfasst, das in einem Gehäuse 11 untergebracht ist. Das Gehäuse 11 weist ein Oberteil 12 auf, das ein Unterteil verschließt, dessen Rand 14 das Oberteil 12 an dem Unterteil festlegt.
An dem Oberteil 12 sind zwei Außenanschlüsse 15, 16 angeordnet, an die zwei Anschlusslitzen 17, 18 angelötet sind, über die der Schalter 10 in Reihe zu einem zu schützenden Gerät in dessen Versorgungstromkreis geschaltet wird.
In 2 ist der Schalter 10 aus 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung gezeigt, links in Ansicht von oben und rechts in Ansicht von unten.
Unten in 2 ist das becherartige Unterteil 19 mit dem Rand 14 gezeigt, in das von oben das temperaturabhängige Schaltwerk 20 eingesetzt wird.
Das Schaltwerk 20 umfasst eine Feder-Schnappscheibe 21 und eine Bimetall-Schnappscheibe 22, die zusammen mit der Feder-Schnappscheibe 21 zentrisch von einem zapfenartigen Niet 23 durchgriffen wird, durch den diese mit einem Stromübertragungsglied in Form eines Kontakttellers 24 mechanisch verbunden sind.
Wenn das Schaltwerk 20 in das Unterteil 19 eingesetzt wird, gelangt die Feder-Schnappscheibe 21 mit ihrem Rand 25 in Anlage mit einer umlaufenden Schulter 26 innen in dem Unterteil 19. Auf den Rand 25 wird ein Distanzring 27 aufgesetzt, auf dessen nach oben weisende Stirnseite 28 das Oberteil 12 mit seiner Innenseite 29 zu liegen kommt. Durch Umbördeln des Randes 14 wird das Oberteil 12 dann an dem Unterteil 19 festgelegt und das Gehäuse 11 geschlossen.
Der Rand 25 der Feder-Schnappscheibe 21 wird so zwischen Schulter 26 und Distanzring 27 eingeklemmt, während sich die Bimetall-Schnappscheibe 22 mit ihrem Rand 31 innen an dem Boden 32 des Unterteils 19 abstützt.
Der runde, im vorliegenden Fall kreisrunde Kontaktteller 24 weist in Richtung des Oberteils 12 eine im Umfangsrichtung umlaufende, elektrisch leitende Kontaktfläche 33 auf, die mit zwei stationären Kontakten 34, 35 zusammenwirkt, die an der Innenseite 29 des Oberteils 12 angeordnet sind.
Die stationären Kontakte 34, 35 sind als innere Köpfe von Kontaktnieten ausgebildet, die das Oberteil 12 durchgreifen und mit ihren äußeren Abschnitten die Außenanschlüsse 16 bzw. 15 bilden.
Die stationären Kontakte 34, 35 bilden mit ihren Stirnseiten 36, 37 Auflageflächen für den Kontaktteller 24. An der Innenseite 29 ist eine dritte Auflagefläche 38 für den Kontaktteller 24 vorgesehen, die keinem Außenanschluss zugeordnet ist, sondern dazu dient, den Kontaktteller 24 zu stabilisieren, wenn er durch die Feder-Schnappscheibe 22 gegen die stationären Kontakte 34, 35 gedrückt wird, die dann über die Kontaktfläche 29 elektrisch kurzgeschlossen werden, so dass der Schalter 10 geschlossen ist.
Durch die drei Auflageflächen 36, 37, 38 wird eine Art Dreipunktauflage für den Kontakteller 24 gebildet, so dass dieser mechanisch stabil in der den Schalter schließenden Stellung gehalten wird und nicht verkippen kann. Dadurch wird dafür gesorgt, dass der Schalter 10 sicher geschlossen ist und wegen der mechanisch zuverlässigen Anlage der Kontaktfläche 29 an den stationären Kontakten 34, 35 der Übergangswiderstand dort stets auf einem konstant niedrigen Wert liegt.
Wegen dieser Dreipunktauflage ist die geometrische Lage der stationären Kontakte 34, 35 deutlich weniger kritisch für das Schaltverhalten des neuen Schalters, als es bei den bekannten Schaltern mit lediglich zwei Auflageflächen der Fall ist.
Die drei Auflageflächen 36, 37, 38 liegen etwa symmetrisch zu der Symmetrieachse 39 des Schalters. Dies bedeutet, dass sie etwa den gleichen radialen Abstand 41 zu der Symmetrieachse 39 aufweisen und in Umfangsrichtung um die Symmetrieachse 39 herum zueinander einen Winkel 42 von jeweils 120° aufweisen.
Wenn jetzt bedingt durch die Fertigungstechnologie oder durch Fertigungstoleranzen die Position der Auflageflächen von der in 2 gezeigten idealen geometrischen Anordnung abweicht, so wird dadurch die sichere Anlage des Kontakttellers 24 an den stationären Kontakten 34, 34 nicht beeinflusst.
Gleiches gilt, wenn bedingt durch hohen Stromfluss eine Erwärmung der Kontaktnieten und damit einhergehend eine gewisse Veränderung in der Höhe 43 der Auflageflächen 36, 37, 38 über der Innenseite 29 erfolgt.
Das Oberteil 12 kann aus Kaltleitermaterial gefertigt sein, so dass der Schalter eine Selbsthaltefunktion aufweist, weil bei geöffnetem Schalter 10 ein Reststrom durch das Oberteil 12 fließt und dieses so weit aufheizt, dass in dem Schalter 10 eine Temperatur aufrecht erhalten wird, die ihn geöffnet hält.
Der Schalter 10 kann jetzt auch so ausgelegt sein, dass auch die dritte Auflagefläche 38 als stationärer Kontakt ausgebildet und über einen Kontaktniet nach außen mit einem dritten Außenanschluss 44 verbunden ist, an den eine dritte Anschlusslitze 45 angeschlossen ist, wie dies in der perspektivischen Draufsicht der 3 für einen Drehstromschalter 10' zu erkennen ist.
Der Schalter 10' kann dann dazu verwendet werden, gleichzeitig drei Phasen R, S, T einer Drehstromschaltung 46 zu schalten, wie dies in 4 gezeigt ist. Der Schalter 10' wird dazu so als Sternpunkt 47 der Drehstromschaltung 46 verdrahtet, dass die Phase R über eine Verbraucherwicklung 48 mit dem Außenanschluss 16, die Phase S über eine Verbraucherwicklung 49 mit dem Außenanschluss 15, und die Phase T über eine Verbraucherwicklung 51 mit dem Außenanschluss 44 verbunden wird.
Wenn der Schalter 10' geschlossen ist, sind alle drei Phasen R, S, und T über den Kontaktteller 24 miteinander verbunden. Die drei in 4 gezeigten Schaltersymbole 52, 53, 54 stehen für das Zusammenwirken der Auflageflächen 36, 37, 38 mit dem Kontaktteller 24, der durch einen Knoten 55 symbolisiert ist.
Erhöht sich jetzt die Temperatur des durch die Verbraucherwicklungen 48, 49, 51 symbolisierten Verbrauchers über die Ansprechtemperatur des Schalters 10', so hebt der Kontaktteller 24 von den Auflageflächen 36, 37, 38 ab, so dass gleichzeitig alle drei Phasen R, S und T abgeschaltet werden.
Das Oberteil 12 ist jetzt aus Isoliermaterial gefertigt, während das Unterteil 19 aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen kann, um eine gute thermische Ankopplung an den Verbraucher 48, 49, 51 zu erreichen.
Die durch die Dreipunktauflage erzielten Vorteile ergeben sich für den Drehstromschalter 10' aus 3 und 4 in gleicher Weise wie bei dem Schalter 10 aus 1 und 2.
In 5 und 6 ist der Schalter 10' aus 3 und 4 in schematischer, geschnittener Seitenansicht gezeigt. In 5 ist der Schalter 10' geschlossen, in 6 geöffnet dargestellt.
Der Schnitt der 5 und 6 geht durch den Außenanschluss 44, so dass der zugeordnete Kontaktniet 56 mit dem als stationärer Kontakt 57 ausgebildeten inneren Kopf zu erkennen ist, an dem die Auflagefläche 38 ausgebildet ist. Ferner sind der Außenanschluss 16 und der zugeordnete stationäre Kontakt 36 zu erkennen.
Auch der stationäre Kontakt 36 ist wie der nicht zu erkennende stationäre Kontakt 35 als innerer Kopf eines Kontaktniets 58 ausgebildet.
In der in 5 gezeigten Schaltstellung drücken Feder-Schnappscheibe 21 und Bimetall-Schnappscheibe 22 den Kontaktteller 24 gegen die stationären Kontakte 35, 36 und 57, die über die Kontaktfläche 33 somit elektrisch miteinander verbunden sind; der Schalter 10' ist geschlossen.
Erhöht sich die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe 22 über ihre Ansprechtemperatur hinaus, so schnappt sie von der in 5 gezeigten konvexen in die in 6 gezeigte konkave Form um und stützt sich dabei mit ihrem Rand 31 an der Feder-Schnappscheibe 21 ab und zieht den Kontaktteller 24 gegen die Kraft der Feder-Schnappscheibe 21 von den stationären Kontakten 35, 36, 57 weg; der Schalter 10' ist jetzt geöffnet.
7 zeigt einen schematischen Längsschnitt im Bereich von Außenanschluss 15 und stationärem Kontakt 35, der als innerer Kopf eines Kontaktniets 59 ausgebildet ist und an der Innenseite 29 des Oberteils 12 anliegt. 8 zeigt eine Draufsicht auf das Oberteil 12 im Bereich des Außenanschlusses 15.
Der Kontaktniet 59 erstreckt sich mit seinem Schaft 60 durch eine Bohrung 61 in dem Oberteil 12 hindurch nach außen, wo der Anschluss 15 angeordnet ist. Während in den 1, 2, 3, 5 und 6 die Außenanschlüsse 15, 16, 44 als äußere Köpfe der Kontaktnieten 56, 58, 59 dargestellt sind, an die unmittelbar die Anschlusslitzen 17, 18, 45 angelötet werden, wird in 7 ein Kontaktwinkel 62 verwendet, der an dem aus dem Oberteil 12 nach oben herausragenden Abschnitt des Kontaktniets 59 befestigt ist und an den die Anschlusslitze bei 63 angelötet ist.
Der Kontaktwinkel 62 weist einen zylindrischen Körper 64 auf, an dem eine nach oben abstehende Anschlusslasche 65 vorgesehen ist, an die die Anschlusslitze 17 angelötet ist.
In dem Körper 64 ist eine Bohrung 66 vorgesehen, die auf den Schaft 60 aufgeschrumpft ist, so dass der Körper 64 fest auf dem Schaft 60 sitzt und durch Kräfte quer zur Längsrichtung 67 des Schaftes 60 an diesem gehalten wird.
Wenn sich der Kontaktniet 59 jetzt wegen hohen Stromflusses erwärmt, so dehnt er sich aus, was dazu führt, dass der Halt des Körpers 64 an dem Schaft 60 noch fester wird. Dies gilt für eine Materialauswahl, bei der sich der Innendurchmesser 68 der Bohrung 66 bei Temperaturerhöhung nicht stärker vergrößert als der Außendurchmesser 69 des Schaftes 60. In der Regel wird sich der Innendurchmesser 68 sogar verringern.
Es mag dazu kommen, dass der Schaft 60 sich auch längt, so dass der Kontaktniet 59 in Richtung der Längsachse 67 geringe Bewegungen ausführt. Dies führt jedoch nicht zu einer Erhöhung des Übergangswiderstandes zwischen stationärem Kontakt 35 und Außenanschluss 15, wie es bei den aus dem Stand der Technik bekannten angenieteten Kontaktwinkeln der Fall ist.
Bei dem Kontaktwinkel 62 führt nämlich ein nachlassender Druck oder gar Lose in Richtung der Längsachse 67 nicht dazu, dass sich der Halt des Außenanschlusses 15 an dem Kontaktniet 59 lockert, da infolge des Aufschrumpfens der Halt zumindest auch durch Kräfte quer zur Längsrichtung 67 erfolgt, die bei Temperaturerhöhung sogar noch stärker werden.
Selbst eine ggf. geringfügige Lose in Richtung der Längsachse 67 führt nicht zu einer verschlechterten Anlage des Kontakttellers 24 oder zu einem erhöhten Überganswiderstand zwischen Kontaktfläche 29 und Auflageflächen 36, 37, 38, weil in schon beschriebener Weise die Dreipunktauflage des Kontakttellers 24 stets für eine sichere und reproduzierbare Anlage sorgt.
Der Kontaktwinkel 62 kann sowohl bei dem Schalter 10 als auch bei dem Schalter 10' eingesetzt werden. Er bietet insbesondere dort Vorteile, wo hohe Ströme geschaltet werden, die unvermeidlich zu einer Eigenerwärmung des Kontaktniets 56, 58, 59 führen.

Claims

Temperaturabhängiger Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk (20) mit einer Schnappscheibe (21, 22), einem das Schaltwerk (20) aufnehmenden Gehäuse (11), das ein Unterteil (19) sowie ein Oberteil (12) aufweist, zumindest zwei an dem Oberteil (12) an dessen Innenseite (29) vorgesehenen stationären Kontakten (34, 35), von denen jeder mit einem ihm zugeordneten Außenanschluss (15, 16) verbunden ist, sowie einem an der Schnappscheibe (21, 22) angeordneten und von dieser bewegtem Stromübertragungsglied (24), wobei die Schnappscheibe (21, 22) das Stromübertragungsglied (24) temperaturabhängig mit den beiden stationären Kontakten (34, 35) in Anlage drückt, die als Auflageflächen (36, 37) für das Stromübertragungsglied (24) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (29) eine dritte Auflagefläche (38) für das Stromübertragungsglied (24) vorgesehen ist und dass das Stromübertragungsglied ein etwa runder Kontaktteller (24) ist, der auf seiner den stationären Kontakten (34, 35) zugewandten Oberfläche mit einer in Umfangsrichtung geschlossenen Kontaktfläche (33) versehen ist.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (21, 22) eine Bimetall-Schnappscheibe (22) ist, die mechanisch mit dem Stromübertragungsglied (24) verbunden ist und dieses unterhalb ihrer Schalttemperatur gegen die stationären Kontakte (34, 35) drückt und oberhalb ihrer Schalttemperatur von diesen abhebt.
Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (21, 22) eine Feder-Schnappscheibe (21) ist, die das Stromübertragungsglied (24) im Sinne einer Anlage an die stationären Kontakte (34, 35) vorspannt, und ferner eine Bimetall-Schnappscheibe (22) vorgesehen ist, die das Stromübertragungsglied (24) oberhalb ihrer Schalttemperatur von den stationären Kontakten (34, 35) abhebt.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12) von zwei Kontaktnieten (58, 59) durchsetzt ist, deren innenliegende Köpfe als stationäre Kontakte (34, 35) und deren außenliegende Abschnitte als Außenanschlüsse (15, 16) dienen.
Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12) aus Kaltleitermaterial gefertigt ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (29) ein dritter stationärer Kontakt (57) vorgesehen ist, der mit einem zugeordneten Außenanschluss (44) verbunden ist, und an dem die dritte Auflagefläche (38) vorgesehen ist.
Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12) von drei Kontaktnieten (56, 58, 59)) durchsetzt ist, deren innenliegende Köpfe als stationäre Kontakte (34, 35, 57) und deren außenliegende Abschnitte als Außenanschlüsse (15, 16, 44) dienen.
Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12) aus Isoliermaterial gefertigt ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (36, 37, 38) symmetrisch zu einer Symmetrieachse (39) des Schalters (10, 10') angeordnet sind.
Schalter nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenanschlüsse (15, 16, 44) einen Kontaktwinkel (62) aufweisen, der über Kräfte an einem Schaft (60) des Kontaktniets (56, 58, 59) gehalten wird, die zumindest teilweise quer zur Längsachse (67) des Schaftes (60) gerichtet sind.
Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel (62) eine Bohrung (66) aufweist, die auf den Schaft (60) aufgeschrumpft ist.