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Die vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter mit einem Gehäuse, das ein nichtmetallisches Deckelteil mit einer Oberseite und ein Unterteil mit einem umlaufenden Rand aufweist, der auf die Oberseite umgebogen ist und dadurch das Deckelteil an dem Unterteil hält, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten temperaturabhängigen Schaltwerk, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei außen an dem Gehäuse vorgesehenen Kontaktflächen herstellt oder öffnet, wobei auf der Oberseite eine Abdeckung angeordnet ist.
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Der bekannte temperaturabhängige Schalter dient in an sich bekannter Weise dazu, die Temperatur eines Gerätes zu überwachen. Dazu wird er bspw. über eine seiner Außenflächen in thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Gerät gebracht, so dass die Temperatur des zu schützenden Gerätes die Temperatur des Schaltwerks beeinflusst.
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Der Schalter wird über mit seinen äußeren Kontaktflächen verbundene Anschlussleitungen elektrisch in Reihe in den Versorgungsstromkreis des zu schützenden Gerätes geschaltet, so dass unterhalb der Ansprechtemperatur des Schalters der Versorgungsstrom des zu schützenden Gerätes durch den Schalter fließt.
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Der bekannte Schalter weist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der eingangs genannten
DE 10 2013 102 006 B4 ein tiefgezogenes Unterteil auf, in dem eine innen umlaufende Schulter vorgesehen ist, auf der ein Deckelteil aufliegt. Das Deckelteil wird durch einen hochgezogenen und umgebogenen Rand des Unterteils fest auf dieser Schulter gehalten. Ein derartiger Schalter ist auch aus der
DE 195 17 310 A1 bekannt.
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Das in dem Gehäuse angeordnete, temperaturabhängige Schaltwerk umfasst eine Feder-Schnappscheibe, die ein bewegliches Kontaktteil trägt, sowie eine über das bewegliche Kontaktteil gestülpte Bimetall-Schnappscheibe. Die Feder-Schnappscheibe drückt das bewegliche Kontaktteil gegen einen stationären Gegenkontakt innen an dem Deckelteil.
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Mit ihrem Rand stützt sich die Feder-Schnappscheibe dabei innen im Unterteil des Gehäuses ab, so dass der elektrische Strom von dem Unterteil durch die Feder-Schnappscheibe und das bewegliche Kontaktteil in den stationären Gegenkontakt und von da in das Deckelteil fließt.
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Als erster Außenanschluss dient eine Kontaktfläche an einem außenliegenden Kopf eines mittig in dem Deckelteil sitzenden Niets, dessen innen liegender Kopf als stationärer Gegenkontakt für das bewegliches Kontaktteil dient.
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Als zweiter Außenanschluss dient eine auf dem umgebogenen Rand des Unterteils vorgesehene Kontaktfläche. Es ist aber auch möglich, den zweiten Außenanschluss nicht an dem Rand, sondern seitlich oder unten an dem stromführenden Gehäuse anzuordnen.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aus der eingangs genannten
DE 10 2013 102 006 B4 ist es bekannt, an der Feder-Schnappscheibe eine so genannte Kontaktbrücke anzubringen, die von der Feder-Schnappscheibe gegen zwei innen an dem Deckelteil vorgesehene stationäre Gegenkontakte gedrückt wird. Der Strom fließt dann von dem einen stationären Gegenkontakt durch die Kontaktbrücke in den anderen stationären Gegenkontakt, so dass die Feder-Schnappscheibe selbst nicht vom Betriebsstrom durchflossen wird. Ein derartiger Schalter ist auch aus der
DE 198 27 113 A1 bekannt.
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Diese Konstruktion wird insbesondere dann gewählt, wenn sehr hohe Ströme geschaltet werden müssen, die nicht mehr problemlos über die Federscheibe selbst geleitet werden können.
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In beiden Konstruktionsvarianten ist für die temperaturabhängige Schaltfunktion ein Bimetallteil, insbesondere eine Bimetallscheibe vorgesehen, die unterhalb ihrer Sprungtemperatur kräftefrei in dem Schaltwerk einliegt, wobei sie geometrisch zwischen dem beweglichen Kontaktteil bzw. der Kontaktbrücke und der Feder-Schnappscheibe angeordnet ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Bimetallteil ein mehrlagiges, aktives, blechförmiges Bauteil aus zwei, drei oder vier untrennbar miteinander verbundenen Komponenten mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten verstanden. Die Verbindung der einzelnen Lagen aus Metallen oder Metalllegierungen sind stoffschlüssig oder formschlüssig und werden beispielsweise durch Walzen erreicht.
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Derartige Bimetallteile weisen in ihrer Tieftemperaturstellung eine erste und in ihrer Hochtemperaturstellung eine zweite stabile geometrische Konformation auf, zwischen denen sie temperaturabhängig nach Art einer Hysterese umspringen. Bei Änderungen der Temperatur über ihre Ansprechtemperatur hinaus oder unter ihre Rücksprungtemperatur zurück schnappen die Bimetallteile in die jeweils andere Konformation um. Die Bimetallteile werden daher oft als Schnappscheiben bezeichnet, wobei sie in der Draufsicht eine längliche, ovale oder kreisrunde Form aufweisen können.
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Erhöht sich jetzt die Temperatur der Bimetallscheibe infolge einer Temperaturerhöhung bei dem zu schützenden Gerät über die Sprungtemperatur hinaus, so verändert die Bimetallscheibe ihre Konfiguration und drückt mit ihrem Rand gegen ein Widerlager, das in der Regel an dem Deckelteil vorgesehen ist. Dabei drückt die Bimetallscheibe mit ihrem zentrischen Bereich gegen die Feder-Schnappscheibe und hebt so das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt bzw. das Stromübertragungsglied von den beiden stationären Gegenkontakten ab, so dass der Schalter öffnet und das zu schützende Gerät abgeschaltet wird und sich nicht weiter aufheizen kann.
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Bei diesen Konstruktionen ist die Bimetallscheibe unterhalb ihrer Sprungtemperatur mechanisch kräftefrei gelagert, wobei die Bimetallscheibe auch nicht zur Führung des Stromes eingesetzt wird.
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Dabei ist von Vorteil, dass die Bimetallscheiben eine lange mechanische Lebensdauer aufweisen, und dass sich der Schaltpunkt, also die Sprungtemperatur der Bimetallscheibe, auch nach vielen Schaltspielen nicht verändert.
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Sofern geringere Anforderungen an die mechanische Zuverlässigkeit bzw. die Stabilität der Sprungtemperatur tolerierbar sind, kann die Bimetall-Schnappscheibe auch die Funktion der Feder-Schnappscheibe und ggf. sogar des Stromübertragungsgliedes mit übernehmen, so dass das Schaltwerk nur eine Bimetallscheibe umfasst, die dann das bewegliche Kontaktteil trägt oder anstelle des Stromübertragungsglieds zwei Kontaktflächen aufweist, so dass die Bimetallscheibe nicht nur für den Schließdruck des Schalters sorgt, sondern im geschlossenen Zustand des Schalters auch den Strom führt.
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Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Parallelwiderstand zu versehen, der parallel zu den Außenanschlüssen geschaltet ist. Dieser Parallelwiderstand übernimmt bei geöffnetem Schalter einen Teil des Betriebsstroms, wodurch er sich erwärmt und dadurch den Schalter auf einer Temperatur oberhalb der Sprungtemperatur hält, so dass sich der Schalter nach dem Abkühlen nicht automatisch wieder schließt. Derartige Schalter nennt man selbsthaltend.
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Weiter ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Vorwiderstand auszustatten, der von dem durch den Schalter fließenden Betriebsstrom durchflossen wird. Auf diese Weise wird in dem Vorwiderstand eine ohmsche Wärme erzeugt, die proportional zum Quadrat des fließenden Stroms ist. Übersteigt die Stromstärke ein zulässiges Maß, so führt die Wärme des Vorwiderstandes dazu, dass das Schaltwerk geöffnet wird.
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Auf diese Weise wird ein zu schützendes Gerät bereits dann von seinem Versorgungsstromkreis abgeschaltet, wenn ein zu hoher Stromfluss zu verzeichnen ist, der noch gar nicht zu einer übermäßigen Erhitzung des Gerätes geführt hat.
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Alle diese verschiedenen Konstruktionsvarianten lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Schalter realisieren, insbesondere kann die Bimetallscheibe die Funktion der Feder-Schnappscheibe mit übernehmen.
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Statt einer in der Regel runden Bimetallscheibe kann auch eine einseitig eingespannte Bimetallfeder verwendet werden, die ein bewegliches Kontaktteil oder eine Kontaktbrücke trägt.
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Es können aber auch temperaturabhängige Schalter eingesetzt werden, die als Stromübertragungsglied keinen Kontaktteller, sondern ein Federteil aufweisen, das die beiden Gegenkontakt trägt oder an dem die beiden Gegenkontakte ausgebildet sind. Das Federteil kann ein Bimetallteil, insbesondere eine Bimetall-Schnappscheibe sein, die nicht nur für die temperaturabhängige Schaltfunktion sorgt, sondern gleichzeitig auch noch den Strom führt, wenn der Schalter geschlossen ist.
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Bei dem aus dem ersten Ausführungsbeispiel der
DE 10 2013 102 006 B4 und aus der
DE 195 17 310 A1 bekannten temperaturabhängigen Schalter ist das Deckelteil aus einem Kaltleitermaterial gefertigt und liegt unmittelbar auf einer innen umlaufenden Schulter des Unterteils auf, auf die sie durch den umgebogenen Rand des Unterteils gedrückt wird.
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Auf diese Weise ist der Kaltleiterdeckel elektrisch parallel zu den beiden Außenanschlüssen geschaltet, so dass er dem Schalter eine Selbsthaltefunktion verleiht.
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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.
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Derartige Kaltleiter werden auch als PTC-Widerstände bezeichnet. Sie werden beispielsweise aus halbleitenden, polykristallinen Keramiken wie BaTiO3 gefertigt.
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Auch bei dem aus dem zweiten Ausführungsbeispiel der
DE 10 2013 102 006 B4 sowie bei dem aus der oben erwähnten
DE 198 27 113 C2 bekannten temperaturabhängigen Schalter mit Kontaktbrücke ist das Deckelteil aus Kaltleitermaterial gefertigt, so dass er ebenfalls eine Selbsthaltefunktion aufweist. An dem Deckelteil sind hier zwei Nieten angeordnet, deren außenliegende Köpfe die beiden Außenanschlüsse bilden, und deren innenliegende Köpfe als stationäre Gegenkontakte mit der Kontaktbrücke zusammenwirken.
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Bei den bekannten Schaltern müssen die äußeren Kontaktflächen und die elektrisch leitenden Teile des Gehäuses nach dem Anlöten von Anschlussleitungen noch elektrisch isoliert werden.
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Als Isolation und als Druckschutz werden temperaturabhängige Schalter daher häufig in Umgehäuse oder Schutzkappen eingesetzt, die dem mechanischen und/oder elektrischen Schutz dienen und häufig das Gehäuse zugleich vor dem Eintrag von Verunreinigungen schützen sollen. Beispiele hierfür finden sich beispielsweise in dem
DE 91 02 841 U1 , dem
DE 92 14 543 U1 , der
DE 37 33 693 A1 und der
DE 197 54 158 .
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Ferner ist es aus der
DE 41 43 671 A1 bekannt, die äußeren Kontaktflächen eines temperaturabhängigen Schalters mit einem Einkomponenten-Duroplast zu umspritzen. Aus der
DE 10 2009 039 948 ist es bekannt, Anschlussfahnen mit einem Epoxidharz zu vergießen.
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Die Verwendung von Umgehäusen oder Anschlusskappen wird jedoch häufig als konstruktiv zu aufwendig und bezüglich der thermischen Anbindung an das zu schützende Gerät als unbefriedigend empfunden.
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Obwohl die insoweit beschriebenen Schalter sich im Alltagseinsatz bewährt haben und bezüglich der Funktionsweise viele Vorteile aufweisen, ergeben sich bei Schaltern mit nichtmetallischem Deckelteil unabhängig vom Aufbau des Schaltwerkes konstruktionsbedingt hohe Produktionskosten, was insbesondere an der aufwändigen Qualitätskontrolle und dem hohen Ausschuss liegt.
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Wenn Deckelteil und Unterteil aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sind, ist zwischen ihnen eine Isolierfolie vorgesehen, die sich parallel zu dem Deckelteil erstreckt und seitlich nach oben hochgezogen ist, so dass der umgebogene Rand unter Zwischenlage der Isolierfolie auf das Deckelteil drückt. Ein derartiger temperaturabhängiger Schalter ist aus der
DE 196 23 570 A1 bekannt.
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Der Rand des Unterteils wird beim Zusammenbau des Schalters dann so fest von oben auf das Deckelteil und die darüber liegende Isolierfolie gedrückt, dass kaum Kriechstrecken entstehen können. Beim Anlöten der Anschlussleitungen besteht dann nicht die Gefahr, dass Lot in das Innere des Gehäuses gelangt. Nach dem Lötvorgang wird die Oberseite dann noch mit einem Epoxidharz versiegelt, um etwa noch vorhandene Kriechstrecken abzudichten.
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Wenn das Deckelteil dagegen aus Kaltleitermaterial oder einem isolierenden Kunststoff besteht, so kann der Rand des Unterteils wegen der geringen Druckstabilität des Kaltleitermaterials nicht mit der gleichen Kraft wie bei einem Deckelteil aus Metall auf die Oberseite gepresst werden, so dass Kriechstrecken unvermeidbar sind.
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Ein Verharzen ist bei Deckelteilen aus Kaltleitermaterial zudem nicht möglich, weil das Kaltleitermaterial dazu zu empfindlich ist. Ferner besteht bei dem Verharzen die Gefahr, dass durch Kapillarwirkung flüssiges Harz vor dem Aushärten in das Gehäuse kriecht.
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Schalter mit Deckelteilen aus Kaltleitermaterial werden daher nach dem Anlöten der Anschlussleitungen mit Silikon abgedichtet. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass Silikon in das Gehäuse eindringt. Die Abdichtung mit Silikon ist zudem häufig nicht zufriedenstellend, so dass im späteren Einsatz der bekannten Schalter die Gefahr bleibt, dass Flüssigkeiten, beispielsweise beim Tränken von Wicklungen, in die der Schalter eingewickelt wurde, mit Transformatorenöl.
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Daher müssen derartige Schalter nach dem Zusammenbau und der ggf. erfolgten Konfektionierung mit Anschlussleitungen einer sehr eingehenden Qualitätskontrolle unterworfen werden, wobei der Ausschuss hier merklich größer ist als bei Schaltern mit Metalldeckel.
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In der eingangs erwähnten
DE 10 2013 102 006 B4 wird daher für beide Ausführungsbeispiele vorgeschlagen, auf der Oberseite des Deckelteils eine Abdeckung in Form einer Abdeckfolie anzuordnen, die sich bis unter den umgebogenen Rand des Unterteils und bis unter den einen Kontaktkopf oder bis unter beide Kontaktköpfe erstreckt.
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Die Abdeckfolie bildet eine Schutzschicht für das Deckelteil, so dass der Schalter mit den üblichen Materialien abgedichtet bzw. verharzt werden kann, weil sie nicht mehr mit dem Deckelteil in Verbindung gelangen. Weil die Abdeckfolie in gewissem Maße kompressibel ist und sich bis unter den umgebogenen Rand des Unterteils erstreckt, kann dieser bei dem Umbiegen auf die Oberseite des Deckelteils geringfügig in die Abdeckfolie eindringen und so für einen guten mechanischen Halt und eine gute Abdichtung sorgen.
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Die Verwendung der Abdeckfolie weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf.
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Beispielsweise bildet die Abdeckfolie beim umfänglichen Umbördeln des Randes des Unterteils Falten und Wellen zu dem Rand, durch die Staub und Flüssigkeiten in das Innere des Schalters gelangen können. Wenn der Schalter nach der Montage der Anschlusslitzen versiegelt wird, kann das dazu verwendete Material in das Innere des Schalters eindringen.
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Außerdem kommt es aus vielerlei Gründen zu Lufteinschlüsse zwischen der Oberseite des Deckelteils und der Abdeckfolie, was dazu führen kann, dass die Abdeckfolie beim weiteren Montieren leicht verrutscht, was zu einer unvollständigen Abdichtung beim Montieren der Kontaktköpfe und beim Umbördeln führt.
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Besonders problematisch ist es, wenn die Abdeckfolie aufgeklebt wurde und nicht erst während der Montage aufgelegt wird, denn eine aufgeklebte Abdeckfolie kann sich nicht wieder selbst zentrieren.
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In der Firma des Anmelders haben Versuche zudem ergeben, dass die verwendeten Abdeckfolien je nach Charge unterschiedlich steif und dick sind, so dass auch aus diesen Gründen eine maßgenaue Bördelung des Randes des Unterteils problematisch ist.
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Durch die beschriebenen Probleme entstehen kleine Kanäle bzw. Schlitze in der Bördelung, durch die beim anschließenden Versiegeln das dazu verwendete Material in das Innere des Schalters gelangen kann, was zu Ausschuss führt.
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Entgegen den in der eingangs erwähnten
DE 10 2013 102 006 B4 genannten Vorteile hat sich im Laufe der Zeit nun herausgestellt, dass auch bei diesen bekannten Schaltern aus den oben genannten Gründen immer noch aufwändige Nachkontrollen erforderlich sind.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei dem bekannten Schalter auf konstruktiv einfache und preiswerte Weise die oben erwähnten Probleme zu beseitigen, zumindest zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs erwähnten Schalter dadurch gelöst, dass die Abdeckung eine Lackschicht umfasst.
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Auf den ersten Blick birgt die Verwendung von Lacken eine Reihe von Nachteilen.
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Der Lack muss beispielsweise vor der weiteren Montage trockenen, was einen zusätzlichen Fertigungsschritt erfordert, der zudem überwacht werden muss, denn der Trocknungsprozess hängt von vielen Parametern ab, so dass die erforderliche Zeitspanne nicht zuverlässig vorhergesagt werden kann.
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Der Lack darf auch nicht von der Oberseite des Deckelteils auf den Rand oder gar die Unterseite des Deckelteils gelangen, weil das bei Deckelteilen aus Kaltleitermaterial die Kontaktierung zum Unterteil beeinträchtigt.
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Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat jedoch erkannt, dass die Vorteile überwiegen, denn der neue Schalter ist einfach aufgebaut und lässt sich leicht und preiswert montieren. Er umfasst ein Bauteil weniger als der bekannte Schalter, weil keine gesonderte Abdeckfolie benötigt wird. Dennoch werden die bekannten sowie weitere Vorteile erzielt.
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Zudem ist die Verwendung einer Lackschicht an sich schon preiswerter als eine aufzulegende Abdeckfolie. Der Materialwert und die Menge des benötigten Lackes sind geringer als bei einer Abdeckfolie, wobei die Montage des Schalters einfacher und weniger fehlerbehaftet ist, weil die Lackschicht nicht verrutschen kann, denn sie haftet zuverlässiger an der Oberseite des Deckelteils.
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Es sind auch keine Lufteinschlüsse zu erwarten. Sollten sich doch einmal Lufteinschlüsse ergeben, so können diese vor Beginn der Montage problemlos erkannt und die somit fehlerhaften Deckelteile ausgesondert werden. Lufteinschlüsse führen also nicht mehr dazu, dass der gesamte Schalter ausgesondert werden muss.
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Auch dies führt zu einem insgesamt preiswerten und zuverlässigen Herstellungsverfahren.
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Die Lackschicht hat ferner eine geringere Dicke als die Abdeckfolie, was in besonderen Anwendungsfällen eine geringere Bauhöhe des neuen Schalters verglichen mit Schaltern mit Abdeckfolie ermöglicht.
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Die Lackschicht ist ggf. nicht ganz so kompressibel wie die bekannte Abdeckfolie, aber dennoch ergibt sich eine für die weitere Verarbeitung des neuen Schalters durch die zwischenliegende Lackschicht eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Deckelteil und dem Rand des Unterteils sowie den Kontaktköpfen.
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Nachdem die Anschlusstechnik realisiert wurde, bspw. die Anschlusslitzen angelötet wurden, kann die gesamte Oberseite des neuen Schalters versiegelt werden, was zu einem mechanisch festen Zusammenhalt der einzelnen Bauteile des Schalters und zu einer sehr guten Abdichtung führt.
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Von besonderem Vorteil ist noch, dass bestehende temperaturabhängige Schalter weiter verwendet werden können, sie müssen nicht neu entwickelt oder umkonstruiert werden. Es ist lediglich erforderlich, bei der Fertigung der Deckelteile der bekannten Schalter die erfindungsgemäß vorgesehene Lackschicht aufzutragen und trocknen zu lassen.
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Obwohl erfindungsgemäß eine Lackschicht aufgetragen werden wird, sind die Kosten für einen derart ausgestatteten Schalter nur unwesentlich gegenüber den Kosten für den Schalter allein erhöht und immer noch niedriger, als wenn der Schalter nachträglich einer aufwändigen Qualitätskontrolle unterworfen würde. Hinzu kommt, dass keine neuen Schalter entwickelt, getestet und approbiert werden müssen, die bestehenden Schalter können weiterhin verwendet werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Die Lackschicht bedeckt dabei vorzugsweise die Oberseite des Deckelteils vollständig, erstreckt sich vorzugsweise bis zu dem umgebogenen Rand, weiter vorzugsweise bis unter den Rand.
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Die vollständige Abdeckung der Oberseite ermöglicht es, nach dem Anlöten der Anschlussleitungen, zum Verharzen auch ein Epoxidharz einzusetzen, weil es mit dem Oberteil nicht in Kontakt gelangt.
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In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn die Lackschicht sich unter zumindest einen auf der Oberseite des Deckelteils vorgesehenen Kontaktknopf erstreckt.
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Hier ist von Vorteil, dass sich die Gefahr der Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken bei Schaltern mit Deckelteilen aus Isoliermaterial oder Kaltleitermaterial nicht nur im Bereich des umgebogenen Randes, sondern auch im Bereich des äußeren Kontaktkopfes deutlich verringert. Beim Anlöten von Anschlussleitungen an die äußeren Kontaktköpfe besteht somit nicht mehr die Gefahr, dass Lot in das Innere des Gehäuses eindringt.
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Als Material für die Lackschicht eignet sich prinzipiell jedes elektrisch nicht leitende Material, das eine hinreichende mechanische Festigkeit und chemische Verträglichkeit gegenüber Kaltleitermaterial einerseits und den üblichen Elektroisolationsmaterialien andererseits aufweist. Der Fachmann kann basierend auf diesen Eigenschaften problemlos geeignete Lacke finden.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn oben auf das Deckelteil ein Elektroisoliermaterial, vorzugsweise ein Silikonkleber, Einkomponenten-Duroplast oder ein Harz, insbesondere eine Zusammensetzung mit einem Epoxydischen Harz aufgebracht ist, wobei das Elektroisoliermaterial zumindest die beiden Außenanschlüsse abdeckt.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass das Elektroisoliermaterial, das vorzugsweise ein Silikonkleber, Einkomponenten-Duroplast oder ein Gießharz wie Epoxydisches Harz ist, dabei zumindest die Außenanschlüsse des Schalters sowie die ggf. noch freien abisolierten Enden der Anschlussleitungen abdeckt.
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Der mit dem Elektroisoliermaterial versehene Schalter kann dann nachträglich noch in eine Kappe aus einem Schrumpfschlauchmaterial eingebracht werden, um den Schalter insgesamt nach außen zu isolieren, wie es bspw. aus der
DE 19 05 153 bekannt ist.
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In den nachstehenden Ausführungsbeispielen sind beispielhaft zwei Schaltertypen gezeigt, die jeweils ein topfartiges Unterteil mit einer Wand aufweisen, deren Rand nach innen umgebördelt ist, um das Deckelteil auf einer Schulter des Unterteils zu fixieren.
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Auf dem Deckelteil ist zumindest ein Kontaktkopf für eine Anschlussleitung vorgesehen, wobei der andere Außenanschluss entweder auch als Kontaktkopf an dem Deckelteil vorgesehen ist, wenn das temperaturabhängige Schaltwerk einen Kontaktteller trägt, oder aber der Rand selbst oder der Boden bzw. eine Wand des elektrisch leitenden Unterteils teilweise als weiterer Außenanschluss ausgebildet sein kann.
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Derartige Schalter werden von der Firma des Anmelders vielfach vertrieben, sie können mit einem Deckelteil aus Kaltleitermaterial oder mit einem Deckelteil aus Isolierstoff ausgestattet sein, wobei das Unterteil vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material gefertigt ist.
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Die Schaltwerke weisen zumindest ein Bimetallteil und ggf. eine Feder-Schnappscheibe auf, wobei an dem Bimetallteil oder der Feder-Schnappscheibe entweder ein bewegliches Kontaktteil, ein Kontaktteller oder zwei Kontaktflächen vorgesehen sind.
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Bei diesen bestehenden Schaltern wird jetzt erfindungsgemäß als Abdeckung auf dem Deckelteil eine Lackschicht eingesetzt.
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Weitere Merkmale und 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 jeweils angegebenen Kombinationen, 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 Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung in Seitenansicht eines temperaturabhängigen Schalters in einem ersten Ausführungsbeispiel; und
- 2 in einer Darstellung wie 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines temperaturabhängigen Schalters, der eine Kontaktbrücke aufweist.
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In 1 ist schematisch, nicht maßstabsgetreu und im seitlichen Schnitt ein in der Draufsicht kreisrunder temperaturabhängiger Schalter 10 gezeigt, der ein Gehäuse 11 aufweist, das eine hier zylindrisch umlaufende Wand 12 aufweist, die an einem elektrisch leitenden topfartigen Unterteil 14 ausgebildet ist, das von einem tellerartigen Deckelteil 15 verschlossen ist, das auf einer innen in dem Unterteil 14 umlaufenden Schulter 16 aufliegt. Das Deckelteil 15 wird von einem umgebogenen Rand 17 der Wand 12 auf die Schulter 16 gedrückt und so an dem Unterteil 14 gehalten.
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In dem durch Unterteil 14 und Deckelteil 15 gebildeten Gehäuse 11 des Schalters 10 ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk 18 angeordnet, das eine Feder-Schnappscheibe 19 umfasst, die zentrisch ein bewegliches Kontaktteil 21 trägt, auf dem eine frei eingelegte Bimetall-Schnappscheibe 22 sitzt.
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Die Feder-Schnappscheibe 19 stützt sich auf einem Boden 23 innen am Unterteil 14 ab, während das bewegliche Kontaktteil 21 in Anlage ist mit einem stationären Gegenkontakt 24, der an einer Innenseite 25 des Deckelteiles 14 vorgesehen ist.
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Der stationäre Gegenkontakt 24 ist als innerer Kopf eines Niets 26 ausgebildet, die sich von der Innenseite 25 durch das Deckelteil 15 zu dessen Oberseite 27 erstreckt, wo der Niet einen äußeren Kontaktkopf 28 mit einem Kragen 29 aufweist.
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Als Außenanschluss dient bei dem Schalter 10 aus 1 zum einen eine mit 31 bezeichnete Kontaktfläche auf dem äußeren Kontaktkopf 28 sowie zum anderen eine mit 32 bezeichnete Kontaktfläche auf dem Rand 17. Statt der Kontaktfläche 32 kann auch eine umfängliche Kontaktfläche 33 oder eine Kontaktfläche 34 auf der ebenen Unterseite des Unterteils 14 als zweiter Außenanschluss dienen.
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Das Unterteil 14 wird über seine ebene Unterseite 34 thermisch an ein zu schützendes Gerät angekoppelt.
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Auf diese Weise stellt das temperaturabhängige Schaltwerk 18 in der in 1 gezeigten Tieftemperaturstellung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen, also der Kontaktfläche 31 am äußeren Kontaktkopf 28 und den Flächen 32, 33 und/oder 34 am Unterteil 14 her, wobei der Betriebsstrom des zu schützenden Gerätes über den stationären Gegenkontakt 24, das bewegliche Kontaktteil 21, die Feder-Schnappscheibe 19 und das Unterteil 14fließt.
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Erhöht sich bei dem Schalter 10 aus 1 über den thermischen Kontakt der Unterseite 34 zu dem zu schützenden Gerät die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe 22 über ihre Ansprechtemperatur heraus, so schnappt sie von der in 1 gezeigten konvexen Stellung in ihre konkave Stellung um, in der sie das bewegliche Kontaktteil 21 gegen die Kraft der Feder-Schnappscheibe 19 von dem stationären gegenkontakt 24 abhebt und somit den Stromkreis öffnet.
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Das Deckelteil 15 ist bei dem Schalter 10 aus 1 nicht aus elektrisch leitfähigem Material, sondern aus einem Kaltleitermaterial 35 gefertigt, das über den stationären Gegenkontakt 21 und den Niet 26 mit der Kontaktfläche 31 und über die Schulter 16 mit dem Unterteil 15 elektrisch leitend verbunden ist.
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Das Deckelteil 15 ist somit elektrisch parallel zu dem Schaltwerk 18 angeordnet und wirkt somit als Selbsthaltewiderstand, so dass der Schalter 10 im geöffneten Zustande gehalten wird, bis die Versorgungsspannung abgeschaltet wird.
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Eine problematische Stelle ist bei dem Schalter 10 aus 1 die Verbindung zwischen dem Rand 17 und dem Deckelteil 15, denn dort entstehen Luft- und Kriechstellen, durch die Flüssigkeiten, beispielsweise Lot und Isoliermittel, in das Innere des Gehäuses 11 gelangen können.
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Wenn das Deckelteil 15 aus Metall gefertigt ist, so liegt zwischen der Schulter 16 und dem Deckelteil 15 eine Isolierfolie, die sich um das Deckeltteil15 herum bis auf dessen Oberseite 27 erstreckt. Der Rand 17 wird beim Zusammenbau des Schalters dann so fest von oben auf das Deckelteil 15 und die darüber liegende Isolierfolie gedrückt, dass kaum Kriechstrecken entstehen können. Beim Anlöten der Anschlussleitungen besteht dann nicht die Gefahr, dass Lot in das Innere des Gehäuses gelangt. Nach dem Konfektionieren mit den Anschlussleitungen wird die Oberseite 27 zudem noch mit einem Epoxidharz versiegelt, um etwa noch vorhandene Kriechstrecken abzudichten.
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Wenn das Deckelteil 15 dagegen aus Kaltleitermaterial oder einem isolierenden Kunststoff besteht, so kann der Rand 17 wegen der geringen Druckstabilität des Kaltleitermaterials 35 nicht mit der gleichen Kraft wie bei einem Deckelteil 15 aus Metall auf die Oberseite 27 gepresst werden, so dass Kriechstrecken entstehen können.
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Ein Verharzen ist bei Deckelteilen 15 aus Kaltleitermaterial 35 zudem nicht möglich, weil das Kaltleitermaterial dazu zu empfindlich ist. Ferner besteht bei dem Verharzen die Gefahr, dass durch Kapillarwirkung flüssiges Harz vor dem Aushärten in das Gehäuse kriecht.
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Schalter 10 mit Deckelteilen 15 aus Kaltleitermaterial 35 werden daher nach dem Anlöten der Anschlussleitungen mit Silikon abgedichtet. Doch auch hier besteht die Gefahr, dass Silikon in das Gehäuse eindringt.
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Dieses Problem wird jetzt bei dem neuen Schalter 10 durch eine auf die Oberfläche 27 aufbrachte Lackschicht 36 gelöst, die trocknen gelassen wird, bevor das Deckelteil 15 auf die Schulter 16 aufgelegt wird.
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Auf der Oberseite 27 ist das Deckelteil 15 daher mit der Lackschicht 36 versehen, die sich mit ihrem äußeren, kreisrunden Rand 37 radial nach außen bis unter den umgebogenen Rand 17 des Unterteils 14 erstreckt.
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Zentrisch ist in der Lackschicht 36 eine Öffnung 37 vorgesehen, durch die sich der Niet 26 erstreckt.
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Die Lackschicht 36 bedeckt die gesamte Oberseite 27 des Deckelteils 15. Der Rand 17 des Unterteils 14 sorgt dabei genauso wie der Kragen 29 des Niets 26 durch die zwischenliegende Lackschicht 36 für eine gute mechanische Abdichtung.
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Damit wird die Gefahr der Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken nicht nur im Bereich des umgebogenen Randes 17, sondern auch im Bereich des Kragens 29 deutlich verringert. Beim Anlöten von Anschlussleitungen 41, 42 auf die Kontaktflächen 31, 32 besteht somit nicht die Gefahr, dass Lot in das Innere des Gehäuses 11 eindringt.
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Zudem kann der neue Schalter 10 jetzt nach dem Anlöten der Anschlussleitungen 41, 42 auch mit Epoxidharz versiegelt werden, weil nicht mehr die Gefahr besteht, dass das Kaltleitermaterial 35 mit dem Harz in Kontakt gelangt.
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Die Abdeckung aus einem Gießharz oder einem anderen geeigneten Elektroisoliermaterial ist in 1 bei 43 angedeutet.
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Als Material für die Lackschicht eignet sich prinzipiell jedes elektrisch nicht leitende Material, das eine hinreichende mechanische Festigkeit und chemische Verträglichkeit gegenüber dem Material des Deckelteils 15 einerseits und gegenüber den üblichen Elektroisolationsmaterialien andererseits aufweist.
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Während das Schaltwerk 18 bei dem Schalter 10 sowohl eine Feder-Schnappscheibe 19 als auch eine Bimetall-Schnappscheibe 22 aufweist, sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen nur eine Bimetall-Schnappscheibe eingesetzt wird, die also sowohl den Strom führt als auch bei geschlossenem Schalter für den Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Kontaktteil 21 und dem stationären Gegenkontakt 24 sorgt.
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Statt als kreisrunde Scheibe können das Federteil und/oder Bimetallteil auch als einseitig eingespannte Feder ausgebildet sein.
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Während die Schalter 10 aus 1 mit einem Schaltwerk 18 versehen sind, bei dem der Strom durch die Feder-Schnappscheibe 19 fließt, zeigt 2 einen Schalter 50, bei dem der Strom durch einen Kontaktteller 51 geleitet wird, so dass dieser Schalter höhere Ströme schalten kann.
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In 2 umfasst der temperaturabhängige Schalter 50 ein Gehäuse 51 aus Unterteil 52 und Deckelteil 53. Das Deckelteil 53 liegt unter Zwischenlage eines Distanzringes 54 auf einer inneren Schulter 55 des Unterteils 52 auf und wird durch einen hochgezogenen und umgebogenen Rand 56 des Unterteils 52 an diesem gehalten.
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In dem Gehäuse 51 ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk 57 angeordnet, das eine Feder-Schnappscheibe 58 umfasst, die mit ihrem Rand 59 auf der Schulter 55 aufliegt und dort durch den Distanzring 54 gehalten wird.
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Das Schaltwerk 57 umfasst zusätzlich zu der Feder-Schnappscheibe 58 noch eine Bimetall-Schnappscheibe 61, die zusammen mit der Feder-Schnappscheibe 58 zentrisch von einem zapfenartigen Niet 62 durchgriffen wird, durch den diese mit einem Stromübertragungsglied in Form eines Kontakttellers 63 mechanisch verbunden sind. Der Niet 62 weist einen ersten Absatz 64 auf, auf dem die Bimetall-Schnappscheibe 61 mit radialem und axialem Spiel sitzt, wobei ein zweiter Absatz 65 vorgesehen ist, auf dem die Feder-Schnappscheibe 58 ebenfalls mit radialem und axialem Spiel sitzt.
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Die Bimetall-Schnappscheibe 61 stützt sich mit ihrem umlaufenden Rand innen in dem Unterteil 52 ab.
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Der bereits erwähnte Kontaktteller 63 weist in Richtung des Deckelteils 53 zwei elektrisch leitend miteinander verbundene, großflächige Kontaktflächen 66, 67 auf, die mit zwei an einer Innenseite 68 des Deckelteils angeordneten stationären Gegenkontakten 71, 72 zusammenwirken, die innere Köpfe von Kontaktnieten 73, 74 sind, die sich von der Innenseite 68 durch das Deckelteil 53 hindurch zu dessen Oberseite 75 erstrecken, wo sie auf ihren äußeren Kontaktköpfen 76, 77 Kontaktflächen 78, 79 aufweisen, die als Außenanschlüsse dienen.
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In der in 2 gezeigten Schaltstellung drücken Feder-Schnappscheibe 58 und Bimetallscheibe 61 den Kontaktteller 63 gegen die stationären Gegenkontakte 71, 72, die über die Kontaktflächen 66, 67 somit miteinander verbunden sind; der Schalter 50 ist also geschlossen.
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Erhöht sich die Temperatur der Bimetallscheibe 61 über ihre Ansprechtemperatur hinaus, so schnappt sie von der gezeigten konvexen in eine konkave Form um und stützt sich dabei mit ihrem Rand im Bereich des Distanzringes 54 ab und zieht den Kontaktteller 63 gegen die Kraft der Feder-Schnappscheibe 58 von den stationären Gegenkontakten 71, 72 weg; der Schalter 50 ist jetzt geöffnet.
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Der insoweit beschriebene Schalter ist aus der
DE 198 27 113 C2 bekannt, das Deckelteil
53 besteht bei dem Schalter
50 allerdings aus Isoliermaterial
81. Wie bei dem aus der
DE 198 27 113 C2 bekannten Schalter kann das Deckelteil
53 alternativ auch aus einem Kaltleitermaterial gefertigt sein, also einen PTC-Widerstand darstellen, der dann elektrisch zwischen die stationären Gegenkontakte
71,
72 geschaltet ist. Das Deckelteil
53 wirkt dann als Selbsthaltewiderstand.
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Wie bei dem Schalter 10 aus 1 kann auch das Schaltwerk 57 nur die Bimetall-Schnappscheibe 61 aufweisen, wobei es auch möglich ist, dass die Kontaktflächen 66, 67 auf der Feder-Schnappscheibe 58 oder der Bimetall-Schnappscheibe 61 angeordnet werden, so dass der Strom bei geschlossenem Schalter 50 durch die Feder-Schnappscheibe 58 oder die Bimetall-Schnappscheibe 61 fließt.
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Feder-Schnappscheibe 58 und/oder Bimetall-Schnappscheibe 61 können kreisrund, oval oder auch als einseitig eingespannte längliche Federn ausgebildet sein.
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Der Schalter 50 weist aus denselben Gründen und mit denselben Vorteilen wie der Schalter 10 eine Lackschicht 82 auf, die auf die Oberseite 75 aufgebracht ist und sich mit ihrem Rand 83 unter den umgebogenen Rand 56 erstreckt. Die Lackschicht 82 bedeckt so die gesamte Oberseite 75.
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In der Lackschicht 82 sind zwei Öffnungen 84, 85 vorgesehen, durch die sich die Niete 73, 74 hindurch erstrecken, die mit ihren Kragen 86, 87 auf die Lackschicht 82 aufdrücken. Der Rand 56 und die Kragen 86, 87 sorgen für eine gute mechanische Abdichtung.
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Damit wird durch die zwischenliegende Lackschicht 82 die Gefahr der Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken nicht nur im Bereich des umgebogenen Randes 56, sondern auch im Bereich der Kragen 86, 87 deutlich verringert. Beim Anlöten von Anschlussleitungen auf die Kontaktflächen 78, 79 besteht auch nicht die Gefahr, dass Lot in das Innere des Gehäuses 51 eindringt.
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Auch die Oberseite 75 des Schalters 50 kann nach dem Anlöten von in 2 nicht gezeigten Anschlussleitungen mit einem Gießharz versiegelt werden, wobei nicht mehr die Gefahr besteht, dass das Isoliermaterial 81 mit dem Gießharz in Kontakt gelangt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009039948 [0032]
- DE 19623570 A1 [0035]
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