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Die vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter mit einem Schaltwerk, das ein mit einem stationären Gegenkontakt zusammenwirkendes bewegliches Kontaktteil aufweist, das von einem Federteil bewegt wird, mit dem das bewegliche Kontaktteil elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Schaltwerk temperaturabhängig eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem stationären Gegenkontakt und einem zweiten Gegenkontakt herstellt.
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Der bekannte Schalter weist ein topfartiges Unterteil auf, das durch ein flaches Oberteil verschlossen ist. Im Inneren des Schalters ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk angeordnet, das ein bewegliches Kontaktteil trägt, das mit einem stationären Gegenkontakt zusammenwirkt.
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Das Schaltwerk umfasst eine Feder-Schnappscheibe, die das Kontaktteil trägt und gegen den stationären Gegenkontakt drückt. Dabei stützt sich die Feder-Schnappscheibe mit ihrem Rand am inneren Boden des Unterteils auf, das den zweiten Gegenkontakt bildet.
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In dieser Stellung sind die beiden Gegenkontakte also über das bewegliche Kontaktteil und die Feder-Schnappscheibe elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Die Außenanschlüsse erfolgen über das elektrisch leitende Deckelteil, das mit dem stationäre Gegenkontakt elektrisch leitend verbunden ist, und das elektrisch leitende Unterteil, an dessen innerem Boden sich die Feder-Schnappscheibe abstützt.
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Oberhalb der Feder-Schnappscheibe ist eine Bimetall-Schnappscheibe angeordnet, die in ihrer Tieftemperaturstellung lose im Schaltwerk einliegt. In ihrer Hochtemperaturstellung drückt sie mit ihrem Zentrum das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt weg, wozu sie sich mit ihrem Rand an einer Isolierfolie abstützt, die zwischen dem Unterteil und dem Oberteil vorgesehen ist.
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Während im vorliegenden Fall das Federteil eine Feder-Schnappscheibe ist, gegen die eine Bimetall-Schnappscheibe arbeitet, ist es auch bekannt, als Federteil lediglich ein Bimetallteil zu verwenden, wenn der Strom unmittelbar durch das Bimetallteil geleitet werden kann.
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Der bekannte temperaturabhängige Schalter dient dazu, ein elektrisches Gerät vor zu hoher Temperatur zu schützen. Zu diesem Zweck wird der Versorgungsstrom für das zu schützende Gerät durch den temperaturabhängigen Schalter geleitet, wobei der Schalter thermisch an das zu schützende Gerät angekoppelt ist. Bei einer durch die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe vorgegebenen Ansprechtemperatur öffnet das jeweilige Schaltwerk dann den Stromkreis, indem das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt abgehoben wird.
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Damit sich der Schalter nach dem Abkühlen des Gerätes nicht wieder schließt, ist es ferner bekannt, parallel zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk einen Selbsthaltewiderstand, vorzugsweise einen PTC-Widerstand vorzusehen, der bei geschlossenem temperaturabhängigen Schaltwerk durch dieses elektrisch kurzgeschlossen ist. Wenn das Schaltwerk jetzt öffnet, übernimmt der Selbsthaltewiderstand einen Teil des bisher fließenden Stromes und erwärmt sich dabei so weit, dass er hinreichend Wärme erzeugt, um die Bimetall-Schnappscheibe auf einer Temperatur zu halten, die oberhalb der Ansprechtemperatur liegt. Dieser Vorgang wird Selbsthaltung genannt, er verhindert, dass sich ein temperaturabhängiger Schalter unkontrolliert wieder schließt, wenn das zu schützende Gerät sich wieder abkühlt.
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Während bei derartigen temperaturabhängigen Schaltern eine Eigenerwärmung des Federteiles durch den fließenden Strom häufig unerwünscht ist, sind auch Schalter bekannt, bei denen zusätzlich ein Reihenwiderstand vorgesehen ist, der sich durch den fließenden Strom des zu schützenden Gerätes in definierter Weise erwärmt. Bei zu hohem Stromfluss heizt sich dieser Reihenwiderstand soweit auf, dass die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe erreicht wird. Neben der Überwachung der Temperatur des zu schützenden Gerätes kann auf diese Weise auch der fließende Strom mit überwacht werden, der Schalter hat dann eine definierte Stromabhängigkeit.
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Das Federteil kann auch eine Bimetall-Federzunge sein, wie es in der
DE 198 16 807 A1 beschrieben ist. Diese Bimetall-Federzunge trägt an ihrem freien Ende ein bewegliches Kontaktteil, das mit einem stationären Gegenkontakt zusammenwirkt. Der stationäre Gegenkontakt ist elektrisch mit einem ersten Außenanschluss verbunden, wobei ein zweiter Außenanschluss elektrisch mit dem eingespannten Ende der Bimetall-Federzunge verbunden ist, das als zweiter Gegenkontakt wirkt.
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Die Bimetall-Federzunge schließt unterhalb ihrer Ansprechtemperatur den elektrischen Stromkreis zwischen den beiden Außenanschlüssen, indem es das bewegliche Kontaktteil gegen den stationären Gegenkontakt drückt. Die Bimetall-Federzunge leitet dabei den Versorgungsstrom des zu schützenden elektrischen Gerätes.
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Wenn der temperaturabhängige Schalter besonders hohe Ströme führen soll, so wird häufig ein Stromübertragungsglied in Form einer Kontaktbrücke oder eines Kontakttellers eingesetzt, das von dem Federteil bewegt wird und zwei Kontaktteile trägt, die mit zwei stationären Gegenkontakten zusammenwirken.
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Auf diese Weise fließt der Versorgungsstrom des zu schützenden Gerätes von dem ersten Gegenkontakt über das erste Kontaktteil in den Kontaktteller, durch diesen hindurch zum zweiten Kontaktteil und von diesem in den zweiten Gegenkontakt. Das Federteil ist somit stromlos. Es ist auch bekannt, das Federteil selbst, also beispielsweise eine Bimetall-Schnappscheibe oder eine gegen ein Bimetallteil arbeitende Federschnappscheibe als Kontaktbrücke zu verwenden.
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Derartige Schalter haben sich im Alltagseinsatz hinreichend bewährt. Wenn die Schalter nicht im Nulldurchgang der Versorgungswechselspannung öffnen, so bildet sich beim Abheben des beweglichen Kontaktteils von dem stationären Gegenkontakt ein Lichtbogen aus und der Spannungsabfall über dem Schalter sinkt auf die Brennspannung des Lichtbogens ab. Auf diesem Niveau verbleibt der Spannungsabfall bis die angelegte Versorgungswechselspannung die Polarität wechselt, also ihren nächsten Nulldurchgang erreicht. Dann wird der Lichtbogen gelöscht und der Schalter ist zuverlässig geöffnet.
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Die sich ausbildenden Lichtbögen führen zu Kontaktabbrand und damit einhergehend langfristig zu einer Veränderung der Geometrie der Schaltflächen von beweglichem Kontaktteil und stationärem Gegenkontakt, was mit der Zeit auch zu einer Verschlechterung des Schaltverhaltens führt.
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Beim unkontrollierten Überspringen im Inneren des Schalters rufen Lichtbögen auch Schäden an dem Ferderteil hervor. Lichtbögen können ferner dazu führen, dass die Schaltflächen sozusagen zusammenkleben und sich der Schalter nicht mehr oder nicht mehr schnell genug öffnet.
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Diese Probleme erhöhen sich mit der Anzahl der Schaltzyklen sogar noch, so dass sich das Schaltverhalten der bekannten Schalter im Laufe der Zeit verschlechtert. Vor diesem Hintergrund ist die Lebensdauer, also die Zahl der zulässigen Schaltzyklen der bekannten Schalter begrenzt, wobei die Lebensdauer auch von der Abschaltleistung, also der Stromstärke der geschalteten Ströme abhängt.
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Insbesondere gegen Ende der Lebensdauer eines temperaturabhängigen Schalters sind es insbesondere die Lichtbögen, die zu so starken Beschädigungen der Federteile führen, dass der Schalter irreversibel beschädigt wird.
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Neben dem Kontaktabbrand an dem stationären Gegenkontakt sowie dem beweglichen Kontaktteil treten auch Schäden am Rand von Federscheiben auf, die das bewegliche Kontaktteil tragen und mit ihrem Rand die elektrische Verbindung zu dem zweiten Gegenkontakt herstellen. Im Laufe der Schaltzyklen führt dies zu Beschädigungen am Rand der Federscheiben, wodurch die Lebensdauer ebenfalls begrenzt wird.
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Insgesamt besteht bei den bekannten temperaturabhängigen Schaltern, also ein Zusammenhang zwischen der Abschaltleistung und der maximalen Lebensdauer. Das Ende der Lebensdauer eines Schalters geht immer mit sich stärker ausbildenden Lichtbögen einher, was zu Kontaktabbrand und herumfliegenden Funken führt, die die Federteile im Inneren derartiger Schalter beschädigen.
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Die
DE 977 187 A schlägt daher vor, bei einem temperaturabhängigen Schaltwerk, das als Federteil lediglich eine Bimetall-Schnappscheibe trägt, diese vom Stromfluss dadurch zu entlasten, dass das bewegliche Kontaktteil über eine sonnenradförmige Metallspinne mit dem Gehäuse des Schalters verbunden wird, die sich innen am Schalter abstützt. Auf diese Weise fließt der Strom nicht mehr durch die Bimetall-Schnappscheibe sondern überwiegend durch die Metallspinne.
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Einen ähnlichen Ansatz wählt die
AT 256 225 A , bei der auf der von dem stationären Gegenkontakt abgelegenen Oberfläche der Bimetall-Schnappscheibe eine Kupferableitung vorgesehen ist, die das bewegliche Kontaktteil mit dem Gehäuse verbindet.
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In einer Weiterführung der Ideen aus diesen beiden Druckschriften schlägt die
DE 21 21 802 A vor, parallel zu der Bimetall-Schnappscheibe eine Feder-Schnappscheibe anzuordnen, die sowohl den Schließdruck des Schaltwerkes herstellt als auch den elektrischen Strom führt. Auf diese Weise ist die Bimetall-Schnappscheibe sowohl mechanisch als auch elektrisch entlastet, so dass ihre Lebensdauer deutlich verlängert wird.
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Dennoch gibt es auch bei diesen Schaltern das eingangs geschilderte Problem mit den sich unweigerlich ausbildenden Lichtbögen, die die Lebensdauer der bekannten Schalter umso stärker begrenzen, je höher der geschaltete Strom ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf konstruktiv einfache Weise die Lebensdauer und/oder die Schaltleistung des bekannten temperaturabhängigen Schalters zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Schaltwerk ein mechanisch funktionsloses Lichtbogenabschirmblech aufweist, das auf dem Federteil auf dessen dem stationären Gegenkontakt zugewandter Oberseite angeordnet ist und diese bereichsweise abdeckt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, dass gerade zum Ende der Lebensdauer eines temperaturabhängigen Schaltwerks der Fußpunkt des Lichtbogens vom beweglichen Kontaktteil auf das Federteil abwandert, was wegen dessen extrem geringer Dicke dann irgendwann dazu führt, dass Löcher in das Federteil gebrannt werden oder größere Mengen an Metalloxid dort abgelagert werden.
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Schon durch eine lediglich bereichsweise Abdeckung der Oberseite des Federteiles ergibt wider Erwarten ein Schutz sowohl vor herumspritzenden Funken und Metalloxiden als auch vor dem direkten Kontakt mit dem Lichtbogenfuß.
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Erstaunlicherweise führt diese extrem einfache Maßnahme dazu, dass die Lebensdauer der neuen Schalter bei ansonsten gleicher Konstruktion und gleicher Stromstärke verlängert wird, wobei sich sogar herausgestellt hat, dass sich gleichzeitig die Stromstärke und die Lebensdauer vergrößern lassen.
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Dabei ist es ausreichend, wenn das Lichtbogenabschirmblech die Oberseite des Federteils zu maximal 50% abdeckt.
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In einem Experiment wurde beispielsweise ermittelt, dass bei einem bestehenden Schalter, der eine Lebensdauer von 2.500 Schaltzyklen bei 50 A aufweist, ein Lichtbogenabschirmblech mit einer Abdeckung wie nachstehend in 3 gezeigt dazu führt, dass bei gleicher Stromstärke die Lebensdauer auch nach 6.000 Schaltzyklen noch nicht beendet ist. Erste Versuche deuten darauf hin, dass die geschaltete Stromstärke dabei sogar auf 75 A gesteigert werden kann.
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In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass die in Rede stehenden temperaturabhängigen Schalter Durchmesser im Bereich von 10 bis 20 mm aufweisen und eine Höhe im Bereich von 3 bis 6 mm haben. Das bewegliche Kontaktteil hat einen Durchmesser von 2 bis 4 mm, wobei die Dicken der beteiligten Schnappscheiben deutlich unter 1 mm liegen.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Dicke des Lichtbogenabschirmbleches sogar im Bereich von 0,05 mm liegen kann, ohne dass die Schutzfunktion beeinträchtigt wird.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter einem „mechanisch funktionslosen” Lichtbogenabschirmblech ein Blechteil verstanden, das nicht zum mechanischen Schaltverhalten beiträgt. Es übt keine Federwirkung aus, die die Bewegung des beweglichen Kontaktteiles beim Öffnen oder Schließen des Schalters beeinflussen könnte, es ist also im einfachsten Fall ein rein passives Bauteil, das die erwähnte Schutzwirkung dennoch hervorragend entfaltet.
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Darüber hinaus wurde festgestellt, dass es nicht erforderlich ist, die gesamte Oberseite des Federteiles mit dem Lichtbogenabschirmblech abzudecken, so dass wegen der geringen Stärke des Lichtbogenabschirmbleches und dessen verglichen mit der Fläche des Federteiles geringeren Fläche das Schaltverhalten des Schalters selbst, insbesondere die Ansprechgeschwindigkeit, nicht beeinträchtigt wird.
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All diese Ergebnisse, die sich auf konstruktiv einfache und preiswerte Weise auch bei bestehenden Schalterbaureihen realisieren lassen, waren aufgrund des Standes der Technik nicht zu erwarten.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn das Lichtbogenabschirmblech elektrisch leitend mit dem beweglichen Kontaktteil verbunden ist.
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Ohne auf diese Erklärung festgelegt zu sein, gehen die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in einem ersten Erklärungsversuch davon aus, dass durch die elektrische Verbindung des Lichtbogenabschirmbleches mit dem beweglichen Kontaktteil der Fuß des Lichtbogens beim Abwandern von dem beweglichen Kontaktteil nicht auf das Federteil wandert sondern stattdessen auf das Lichtbogenabschirmblech, obwohl dieses nur einen Teil der Oberseite des Federteiles bedeckt.
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Auch dies war nicht zu erwarten, ermöglicht aber geometrische Formen für die Lichtbogenabschirmbleche, die konstruktiv problemlos in bestehenden Schaltern untergebracht werden können und das Schaltverhalten nicht beeinträchtigen, wohl aber die Lebensdauer und die Stärke des zu schaltenden Stromes verbessern.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn das Lichtbogenabschirmblech einen in sich geschlossenen Ringbereich aufweist, der auf der Oberseite des Federteils eine Ringfläche abdeckt, die sich um das bewegliche Kontaktteil herum erstreckt.
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Die Erfinder haben erkannt, dass dadurch ein Schutz um das gesamte bewegliche Kontaktteil herum bereitgestellt wird, der ein Abwandern des Lichtbogenfußes auf das Federteil selbst so zuverlässig verhindert, dass die Lebensdauer noch einmal verlängert werden kann.
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Dabei ist es dann bevorzugt, wenn der Ringbereich sich bis unter das bewegliche Kontaktteil erstreckt.
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Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn auf diese Weise wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Lichtbogenabschirmblech und dem beweglichen Kontaktteil zuverlässig hergestellt.
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Die Ringfläche weist dabei vorzugsweise eine Breite auf, die 10% bis 40% des Durchmessers des beweglichen Kontaktteils entspricht.
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Versuche haben ergeben, dass diese Ringbreite ausreicht, um ein Weiterwandern des Lichtbogenfußes von dem Lichtbogenabschirmblech auf das Federteil zuverlässig zu verhindern.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn das Lichtbogenabschirmblech zumindest einen Streifen aufweist, der sich radial von dem Ringbereich erstreckt, wobei vorzugsweise drei sternförmig von dem Ringbereich ausgehende Streifen vorgesehen sind, von denen sich weiter vorzugsweise zumindest ein Streifen bis zum Rand des Federteils erstreckt.
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Auf diese Weise wird der Abdeckbereich in Segmenten weiter zum Rand des Federteiles ausgedehnt.
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Versuche haben gezeigt, dass der Lichtbogenfuß sich auf diesen Streifen absetzt und nicht die dazwischenliegenden, nicht abgedeckten Bereiche der Oberseite des Federteiles schädigen.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn das Lichtbogenabschirmblech elektrisch leitend mit dem zweiten Gegenkontakt verbunden ist.
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Diese Maßnahme weist den Vorteil auf, dass das Lichtbogenabschirmblech auch zumindest einen Teil des Stromes durch den Schalter führt, was auf besondere Weise sicherstellt, dass beim Öffnen des Schalters entstehende Lichtbögen nicht auf das Federteil sondern verlässlich auf das Lichtbogenabschirmblech geleitet werden.
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Dabei ist es insgesamt bevorzugt, wenn das Lichtbogenabschirmblech einstückig aus einem Kupferblech gefertigt ist, das vorzugsweise eine Dicke kleiner als 0,1 mm aufweist, wobei das Kupferblech weiter vorzugsweise silberbeschichtet ist.
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Bei dieser Maßnahme ist zum einen von Vorteil, dass ein technisch sehr einfaches Lichtbogenabschirmblech verwendet werden kann, das leicht und preiswert herzustellen ist, so dass sich die Kosten des neuen Schalters gegenüber bekannten Schaltern nur unmerklich erhöhen.
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Weiter ist von Vorteil, dass dieses sehr dünne Kupferblech das mechanische Schaltverhalten des neuen Schalters in keiner Weise negativ beeinträchtigt, weil es keinerlei Federwirkung ausüben kann.
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Es war nicht zu erwarten, dass derart dünne Kupferbleche einen wirksamen Schutz vor den Schäden bieten, die beim Öffnen des Schalters entstehende Lichtbögen insbesondere nach vielen Schaltzyklen, also gegen Ende der Lebensdauer hervorrufen.
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Erstaunlicherweise weisen in den bisherigen Versuchen der Anmelderin auch die Lichtbogenabschirmbleche selbst bei nach vielen Schalterzyklen demontierten neuen Schaltern keine merklichen Beschädigungen auf, die Lichtbogenabschirmblech haben also nicht einfach die Schäden auf sich gezogen, die ansonsten am Federteil entstehen.
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Allgemein ist es bevorzugt, wenn das Federteil scheibenförmig ausgebildet und zumindest bei geschlossenem Schalter über seinen Rand elektrisch leitend mit dem zweiten Gegenkontakt verbunden ist.
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Während die Wirkung des neuen Lichtbogenabschirmbleches bei beliebiger geometrischer Form und Anordnung des Federteils genutzt werden kann, ergeben sich besondere Vorteile bei scheibenförmigen Federteilen, weil diese in Schaltern verwendet werden, die sich am Markt besonders gut durchgesetzt haben.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion lässt sich auch bei Schaltern anwenden, die als Federteil ein Bimetallteil aufweisen, an dem zwei bewegliche Kontaktteile vorgesehen sind, die mit zwei stationären Gegenkontakten zusammenwirken. Dieser Schalter weist also zwei Schaltkontakte auf, an denen Lichtbögen entstehen können. Jeder der beiden Kontaktteile auf dem Bimetallteil, das als Scheibe oder Streifen ausgebildet sein kann, kann von einem eigenen Lichtbogenabschirmblech im oben geschilderten Sinne umgeben sein, wobei die Lichtbogenabschirmbleche auch miteinander verbunden sein können.
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Dabei ist es einerseits bevorzugt, wenn das Federteil eine temperaturabhängige, bistabile Schnappscheibe mit einer ersten geometrischen Temperaturstellung, in der sie das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt abhebt, und einer zweiten geometrischen Temperaturstellung ist, in der sie das bewegliche Kontaktteil gegen den stationären Gegenkontakt drückt.
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Die bistabile Schnappscheibe, die vorzugsweise eine Bimetall- oder Trimetall-Schnappscheibe ist, sorgt hier bei geschlossenem Schalter sowohl für den Kontaktdruck zwischen dem stationären Gegenkontakt und dem beweglichen Kontaktteil als auch für die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Gegenkontakten.
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Bei dieser Konstruktion handelt es sich um einfach aufgebaute Schalter, die an sich wegen der Stromführung durch das Bimetallteil nicht bevorzugt sind. Durch Einsatz des Lichtbogenabschirmbleches lassen sich jedoch auch bei derart konstruktiv einfachen temperaturabhängigen Schaltern die Lebensdauer und die Stärke des zulässigen Schaltstromes erhöhen.
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Andererseits ist es bevorzugt, wenn das Federteil eine Federscheibe ist, die das bewegliche Kontaktteil auf den stationären Gegenkontakt zudrückt, und das Schaltwerk weiter eine temperaturabhängige Schnappscheibe umfasst, die in einer geometrischen Temperaturstellung das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt abhebt.
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Bei dieser Ausgestaltung ist von Vorteil, dass die Schnappscheibe vom Stromfluss entlastet wird, wobei auch der Schließdruck nicht mehr durch die Schnappscheibe erfolgt. Eine derartige prinzipielle Konstruktion ist beispielsweise aus der eingangs erwähnten
DE 196 23 570 A1 bekannt.
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Allgemein ist es dabei bevorzugt, wenn das bewegliche Kontaktteil zentrisch an der Schnappscheibe und/oder Federscheibe angeordnet ist, und wenn der Schalter vorzugsweise ein Gehäuse umfasst, an dem die beiden Gegenkontakte vorgesehen sind, und in dem das Schaltwerk angeordnet ist.
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Die Federscheibe ist dabei vorzugsweise mit ihrem Rand an dem Gehäuse festgelegt, das vorzugsweise ein von einem Oberteil verschlossenes Unterteil aufweist, wobei an einer Innenseite des Oberteils der stationäre Gegenkontakt angeordnet ist.
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Diese Weiterbildungen sind konstruktiv von Vorteil, weil sie zu einfach aufgebauten und mechanisch stabilen temperaturabhängigen Schaltern führen, die ein sehr zuverlässiges Schaltverhalten aufweisen und preiswert herzustellen sind.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines temperaturabhängigen Schalters mit Lichtbogenabschirmblech, in geschlossenem Zustand;
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2 den Schalter aus 1 in geöffnetem Zustand;
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3 eine Draufsicht auf das Schaltwerk aus dem Schalter aus 1;
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4 in einer Darstellung wie 3 ein Schaltwerk mit einem weiteren Ausführungsbeispiel für ein Lichtbogenabschirmblech;
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5 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines temperaturabhängigen Schalters, bei dem das Lichtbogenabschirmblech mit dem Unterteil des Gehäuses verbunden ist; und
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6 eine Draufsicht auf das Schaltwerk aus dem Schalter aus 5.
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In 1 ist in einer schematischen Seitenansicht ein in der Draufsicht kreisförmiger temperaturabhängiger Schalter 10 gezeigt, der ein temperaturabhängiges Schaltwerk 11 aufweist, das in einem Gehäuse 12 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 12 umfasst ein topfartiges Unterteil 14, das von einem Oberteil 15 verschlossen ist. In dem Unterteil 14 ist eine umlaufende Schulter 16 vorgesehen, auf der ein Distanzring 17 angeordnet ist, auf dem das Oberteil 15 unter Zwischenlager einer Isolierfolie 18 aufliegt.
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Durch seinen nach innen gebogenen, hochstehenden Rand 19 hält das Unterteil 14 das Oberteil 15 auf dem umlaufenden Rand 16.
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Unterteil 14 und Oberteil 15 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus elektrisch leitendem Material gefertigt, weshalb die Isolierfolie 18 vorgesehen ist, die Unterteil 14 und Oberteil 15 elektrisch gegeneinander isoliert.
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An einer Außenseite 21 des Oberteils 15 ist eine weitere isolierende Abdeckung 22 vorgesehen, während an einer Innenseite 23 des Oberteils 15 ein stationärer Gegenkontakt 22 angeordnet ist.
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Mit diesem stationären Gegenkontakt 24 arbeitet ein von dem Schaltwerk 11 getragenes, bewegliches Kontaktteil 25 zusammen.
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Das Schaltwerk 11 umfasst eine Feder-Schnappscheibe 26, die mit ihrem Rand 27 zwischen dem Ring 16 und dem Unterteil 14 eingeklemmt ist, so dass sie dort eine elektrisch leitende Verbindung herstellt.
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Unterhalb der Feder-Schnappscheibe 26 ist eine Bimetall-Schnappscheibe 28 vorgesehen, die zwei geometrische Temperaturstellungen aufweist, die in 1 gezeigte Tieftemperaturstellung und die in 2 gezeigte Hochtemperaturstellung.
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Die Bimetall-Schnappscheibe 28 liegt mit ihrem Rand 29 frei oberhalb einer keilförmigen, umlaufenden Schulter 31, die an einem inneren Boden 32 des Unterteils 14 ausgebildet ist.
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Das Unterteil 14 weist noch einen äußeren Boden 33 auf, der zusammen mit der Außenseite 21 des Oberteils 15 dem Außenanschluss des Schalters 10 aus 1 dient.
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Die Bimetall-Schnappscheibe 28 stützt sich auf einer umlaufenden Schulter 34 des Kontaktteiles 25 mit ihrem Zentrum 35 ab.
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In der in 1 gezeigten, geschlossenen Schaltstellung des Schalters 10 wird das bewegliche Kontaktteil 25 durch die Feder-Schnappscheibe 26 gegen den stationären Gegenkontakt 24 gedrückt. Weil die elektrisch leitende Feder-Schnappscheibe 26 mit ihrem Rand 27 in Verbindung mit dem Unterteil 16 steht, das hier als zweiter Gegenkontakt des Schaltwerkes 11 dient, ist somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 21, 33 hergestellt.
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Wenn sich jetzt die Temperatur im Inneren des Schalters 10 über die Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe 28 hinaus erhöht, so klappt diese von der in 1 gezeigten konvexen Konfiguration in eine konkave Konfiguration um, in der sich ihr Rand 29 in 1 nach oben bewegt, so dass er von unten in Anlage mit dem Rand 27 der Feder-Schnappscheibe 26 gelangt.
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Dabei drückt die Bimetall-Schnappscheibe 28 mit ihrem Zentrum 35 auf die Schulter 34 und hebt somit das bewegliche Kontaktteil 25 von dem stationären Gegenkontakt 24 ab, wie dies in 2 gezeigt ist.
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Die Feder-Schnappscheibe 26 kann eine bistabile Federscheibe sein, die auch in der Stellung der 2 geometrisch stabil ist, so dass das bewegliche Kontaktteil 25 auch dann nicht wieder in Anlage mit dem stationären Gegenkontakt 24 gelangt, wenn der Rand 29 der Bimetall-Schnappscheibe 28 nicht mehr gegen den Rand 27 der Feder-Schnappscheibe 26 drückt.
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Wenn sich jetzt die Temperatur im Inneren des Schalters 10 wieder erniedrigt, so bewegt sich der Rand 29 der Bimetall-Schnappscheibe 26 in 2 nach unten und gelangt in Anlage mit der keilförmigen Schulter 31. Mit ihrem Zentrum 35 drückt die Bimetall-Schnappscheibe 26 dann von unten gegen die Feder-Schnappscheibe 26 und drückt diese wieder in ihre andere geometrisch stabile Position, in der sie gemäß 1 das bewegliche Kontaktteil 25 gegen den stationären Gegenkontakt 24 drückt.
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Beim Übergang der geschlossenen Schalterstellung gemäß 1 in die geöffnete Schalterstellung gemäß 2 entsteht zwischen dem stationären Gegenkontakt 24 und dem beweglichen Kontaktteil 25 ein Lichtbogen, der zu Kontaktabbrand führt und nach wiederholten Schaltzyklen und damit einhergehender Beschädigung der Oberflächen von Kontaktteil 24 und Gegenkontakt 25 auf das das bewegliche Kontaktteil 24 tragende Federteil abwandert. Dieses Federteil ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Feder-Schnappscheibe 26, wobei statt der Feder-Schnappscheibe 26 auch lediglich die Bimetall-Schnappscheibe 28 vorgesehen sein kann, die dann beispielsweise mit ihrem Rand 29 unter dem umlaufenden Ring 16 eingeklemmt wäre, obwohl dies nicht erforderlich ist.
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Um nun die durch die entstehenden Lichtbögen verursachten Schäden zu vermeiden oder zumindest deutlich zu verringern, ist auf der Feder-Schnappscheibe 26, genauer auf ihrer dem stationären Gegenkontakt 24 zugewandten Oberseite 37 ein Lichtbogenabschirmblech 38 angeordnet, das elektrisch leitend mit dem beweglichen Kontaktteil 25 verbunden ist, mechanisch jedoch keine Funktion aufweist.
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Das Lichtbogenschirmblech 38 ist ein Stanzteil aus einem Kupferblech mit einer Stärke von 0,05 mm, so dass es keinerlei Federfunktion ausübt und die Schaltbewegung des Schaltwerkes 11 mechanisch nicht belastet oder beeinträchtigt.
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Dennoch führt dieses Lichtbogenabschirmblech 38 dazu, dass sowohl die geschaltete Stromstärke als auch die Lebensdauer des Schalters 10 gegenüber einem Schalter gleicher Bauart, jedoch ohne Lichtbogenabschirmblech 38 deutlich erhöht ist.
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Wie in 1 zu erkennen, weist das bewegliche Kontaktteil 25 einen Zapfen 39 auf, auf den ein Ring 40 aufgepresst ist, so dass zwischen dem Ring 40 und dem Kontaktteil 25 sowohl die Feder-Schnappscheibe 26 als auch das Lichtbogenabschirmblech 38 eingeklemmt sind. Die Schulter 34, auf der das Zentrum 35 der Bimetall-Schnappscheibe 28 aufliegt, ist an dem Ring 40 ausgebildet.
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3 zeigt eine Draufsicht auf das temperaturabhängige Schaltwerk 11 aus dem Schalter 10 gemäß 1 und 2.
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In 3 ist zu erkennen, dass das Lichtbogenabschirmblech 38 um das bewegliche Kontaktteil 25 herum eine Ringfläche 41 auf der Oberseite 37 abdeckt, die eine Breite 42 aufweist, die etwa 30% des Durchmessers 43 des beweglichen Kontaktteiles 25 aufweist.
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Die in sich geschlossene Ringfläche 41 liegt unmittelbar am beweglichen Kontaktteil 25 an, weil das Lichtbogenabschirmblech 38 einen Ringbereich 44 aufweist, der in 3 gepunktet dargestellt ist und sich unter das bewegliche Kontaktteil 25 erstreckt, wo es eine Durchgangsöffnung 45 aufweist, deren Durchmesser 46 dem Durchmesser des Zapfens 39 des beweglichen Kontaktteils 25 entspricht.
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Der gepunktete Ringbereich 44 weist eine bei 47 angedeutete Breite auf, die geringer ist als der Durchmesser 46 des Kontaktteils 25.
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Von dem Ringbereich 44 erstreckt sich zu einem Rand 48 ein Streifen 49 des Lichtbogenabschirmbleches 38 in Richtung des Randes 27 der Feder-Schnappscheibe 26.
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Die Anordnung ist so gewählt, dass der Rand 48 so weit gegenüber dem Rand 27 zurückspringt, dass das Lichtbogenabschirmblech nicht bis zum Distanzring 17 reicht, wie es in 1 erkennbar ist.
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Bereits dieses Abschirmblech 38, das ca. 30% der Oberseite 37 abdeckt, führt zu der eingangs ausführlich beschriebenen Wirkung, gemäß der sich die Lebensdauer und die Abschaltleistung des Schalters merklich erhöht.
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4 zeigt in einer Darstellung wie 3 das Schaltwerk 11 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel für das Lichtbogenabschirmblech 38'. Um das bewegliche Kontaktteil 25 herum ist wieder der Ringbereich 44 zu erkennen, von dem sich jetzt nach rechts ein erster Streifen 49 zu dem Rand 38 erstreckt und nach links ein Streifen 51 zu einem Rand 52, der wie der Rand 48 nicht bis zum Rand 27 der Feder-Schnappscheibe 26 reicht.
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Durch das Lichtbogenabschirmblech 38' ist die von der Oberseite 37 abgedeckte Fläche gegenüber der Ausführung gemäß der 3 auf ca. 40% vergrößert, was zu einem noch besseren Schutz führt.
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Während gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 das Lichtbogenabschirmblech 38, 38' zwar mit dem beweglichen Kontaktteil 25 elektrisch verbunden ist, jedoch nicht über die Feder-Schnappscheibe 26 hinausreicht, ist in 5 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Lichtbogenabschirmblech 38'' auch elektrisch leitend mit dem zweiten Gegenkontakt, also dem Unterteil 14 verbunden ist.
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In 5 ist ausschnittsweise der rechte untere Bereich eines temperaturabhängigen Schalters 10' gezeigt, der im Übrigen so aufgebaut ist wie der Schalter 10 aus den 1 und 2. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert.
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In dem Distanzring 17 ist eine Aussparung 54 vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass dort ein Ende 55 des Lichtbogenabschirmbleches 38'' hineinragt, so dass es zwischen Distanzring 17 und Unterteil 14 eingeklemmt ist.
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Mit seinem Zentrum 56 liegt die Feder-Schnappscheibe 26 jetzt auf einer Schulter 57 des Ringes 40 auf, ist also nicht mehr fest zwischen beweglichem Kontaktteil 25 und Ring 40 eingeklemmt.
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Das Lichtbogenabschirmblech 38'' ist dagegen mit seinem Zentrum 58 zwischen dem beweglichen Kontaktteil 25 und dem Ring 40 eingeklemmt.
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Auf diese Weise ist das Lichtbogenabschirmblech 38'' elektrisch sowohl mit dem beweglichen Kontaktteil 25 als auch mit dem Unterteil 14, also dem zweiten Gegenkontakt des Schalters 10' verbunden.
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In 6 ist eine Draufsicht auf das Schaltwerk 11' aus dem Schalter 10' gemäß 5 gezeigt.
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Das Lichtbogenabschirmblech 38'' umfasst wieder den Ringbereich 44, der sich unter das beweglichen Kontaktteil 25 erstreckt. Von diesem Ringbereich 44 gehen sternförmig drei Streifen 61, 62, 63 aus, deren Ränder 64, 65, 66 über den Rand 27 der Feder-Schnappscheibe 26 hinausragen, so dass sie in die Aussparung 54 des Distanzringes 17 hineinreichen.
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Aus 6 ist zu erkennen, dass auch bei dem Lichtbogenabschirmblech 38'' mehr als 50% der Oberseite 37 der Feder-Schnappscheibe 26 nicht von dem Lichtbogenabschirmblech 38'' bedeckt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19623570 A1 [0002, 0066]
- DE 19816807 A1 [0012]
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- AT 256225 A [0024]
- DE 2121802 A [0025]
