DE10244477A1

DE10244477A1 - Thermoschalter

Info

Publication number: DE10244477A1
Application number: DE2002144477
Authority: DE
Inventors: Frank Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Es werden ein Thermoschalter (30) zum Einsatz in einer elektrischen Schaltung (34), ein elektrischer Schaltkreis (34), ein Verfahren zum Implementieren einer temperaturabhängigen Schaltfunktion in einem elektrischen Schaltkreis (34) und Verwendungen für den vorgestellten Thermoschalter (30) beschrieben. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß dieser lediglich ein wärmeempfindliches Element (36) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermoschalter, einen elektrischen Schaltkreis mit einem solchen Thermoschalter, ein Verfahren zum Implementieren einer temperaturabhängigen Schaltfunktion und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Thermoschalters in einem elektrischen Schaltkreis.
Thermoschalter dienen zur Temperaturüberwachung in elektrischen Geräten, wie bspw. in Haartrocknern oder Heizlüftern, und sind üblicherweise mit einem wärmeempfindlichen Element ausgestattet, das bei Erreichen einer bestimmten Temperatur bewirkt, daß ein elektrischer Kontakt unterbrochen oder hergestellt wird. Die Schalttemperatur ist dabei durch Auswahl des Materials und die Geometrie des wärmeempfindlichen Elements vorgegeben.
Der erfindungsgemäße Thermoschalter dient dazu, in einem Stromkreis als Reaktion auf eine Temperaturänderung, bspw. aufgrund des durch die Anordnung fließenden Stroms, diesen zu unterbrechen, zu schließen oder durch einen Wechselkontakt eine Umschaltung vorzunehmen.
Somit können mit Hilfe des Thermoschalters Geräte vor Über- oder Unterschreiten definierter Temperaturen in der Anwendung geschützt werden. Insbesondere eine Überhitzung bedeutet auch immer eine Brandgefahr, weshalb Thermoschalter häufig in einer Anwendung so angeordnet sind, daß diese bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur schalten und den gefährdeten Verbraucher von der Energiezufuhr trennen.
Eine andere Einsatzmöglichkeit sieht vor, diesen zur Strombegrenzung, als anderweitigen Schutz oder als Regelelement einzusetzen.
Thermoschalter als diskrete Bauteile sind bekannt und in unterschiedlichen Ausführungsformen erhältlich. Üblicherweise haben diese ein elektrisch isolierendes Trägermaterial, auf oder in (z.B. umspritze Anschlüsse) dem die benötigten nach außen führenden Kontakte und das wärmeempfindliche Element, bspw. ein Bi- oder Mehrfachmetall, auf geeignete Weise fixiert oder befestigt sind. Diese Schalter werden als einzelne, für sich selbst funktionsfähige Komponenten auf dem Markt angeboten.

In der Druckschrift DE 33 19 225 A1 ist ein Thermoschalter beschrieben, der eine Kontaktzunge aufweist, die von einer Bimetall-Sprungscheibe beaufschlagbar ist, so daß die Kontaktzunge bei Beaufschlagung von ihrem Gegenkontakt abhebt. Die Kontaktzunge umfaßt eine etwa parallel zu der Achse der Bimetall-Sprungscheibe zeigende Kontaktlasche auf, die bei geschlossenem Kontakt die Kontaktfläche des Gegenkontakts übergreift und deren Ende bei offenem Kontakt nicht über der Kontaktfläche liegt. Bei der beschriebenen Vorrichtung ist ein Trägeraufbau vorgesehen, an dem die einzelnen Komponenten befestigt sind.

Aus der DE 41 42 716 A1 ist ein Thermoschalter bekannt, der auch zum Einsatz als Überstrom-Schutzschalter geeignet ist. Bei diesem sind in einem Gehäuse eine Bimetall-Springscheibe mit einem von einem Schaltstrom durchflossenen zugeordneten Widerstandselement vorgesehen.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Thermoschalter sind als diskrete Bauteile in elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen einsetzbar. Nachteilig bei diesen ist, daß der Nutzer, der diese in seiner Anwendung einsetzen möchte, durch die gegebenen Geometrien und Maße der Schalter, insbesondere in den Befestigungsanschlußpunkten, in seinen Gestaltungsmöglichkeiten beschränkt bzw. festgelegt ist. Darüber hinaus erfordert die Herstellung solcher Schalter einerseits eine Reihe von Einzelkomponenten, deren Herstellung teuer und zeitaufwendig ist, und andererseits eine Folge von Montagevorgängen, um die Einzelteile miteinander zu verbinden.

Demgegenüber sieht der erfindungsgemäße Thermoschalter zum Einsatz in einer elektrischen Schaltung lediglich einen wärmeempfindliches Element vor.

Der erfindungsgemäße Thermoschalter ist somit konstruktiv so gestaltet, daß eine maximal mögliche Einsparung an Komponenten und Montagevorgängen erreicht wird und außerdem dem Nutzer erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten für dessen Anwendung gegeben sind.

Das wärmeempfindliche Element ist vorzugsweise aus einem Bimetall oder einem Mehrfachmetall gefertigt.

In Ausgestaltung des Schalters kann dieser zusätzlich mit einem Kontakt versehen werden.

Vorzugsweise ist ein Federelement, bspw. eine Sprungfeder vorgesehen, die mit dem wärmeempfindlichen Element zusammenwirkt. Das Federelement kann in diesem Fall der Stromführung dienen, und ist beispielsweise aus Kupfer-Beryllium gefertigt. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise das Federelement als stromführendes Element mit einem Kontakt versehen.

Das Federelement kann Konstruktionselemente aufweisen, in die das wärmeempfindliche Element eingesetzt ist. Dieses Einsetzen ermöglicht die für ein Zusammenwirken erforderliche Verbindung zwischen Federelement und wärmeempfindlichem Element.

Das wärmeempfindliche Element kann auch beispielsweise durch Kleben, Quetschen, Schweißen, Nageln, Nieten, Löten, Klemmen, Schrauben usw. fest mit dem Federelement verbunden sein.

Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreis ist ein vorstehend beschriebener Thermoschalter eingesetzt. Dieser kann auf geeignete Weise angeschweißt, angenietet, angelötet, angeschraubt, angeklemmt, angequetscht oder auch angeklebt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Implementieren einer temperaturabhängigen Schaltfunktion in einem elektrischen Schaltkreis. Bei diesem wird ein erfindungsgemäßer Thermoschalter an geeigneter Stelle in den Schaltkreis eingesetzt bzw. eingebracht. Der Schalter kann dabei beispielsweise durch Anschweißen, Kleben, Klemmen, Quetschen, Nieten, Löten, Schrauben oder mittels Laserschweißens mit dem Schaltkreis verbunden werden.

Bei dem Verfahren kann auch vorgesehen sein, daß der Thermoschalter zunächst an einem Anschluß befestigt wird und anschließend dieser Anschluß zusammen mit dem Thermoschalter in bzw. auf dem Trägermaterial befestigt wird.

Die erfindungsgemäße Verwendung des beschriebenen Thermoschalters in einem elektrischen Schaltkreis oder einem Re gelkreis dient der Implementierung einer temperaturabhängigen Schaltfunktion.

Der erfindungsgemäße Thermoschalter zeichnet sich dadurch aus, daß das wärmeempfindliche Element, bspw. ein Bi- oder Mehrfachmetallelement bzw. -streifen, und ggf. noch weitere für die Funktion des Schalters notwendigen Elemente nicht mehr, wie im Stand der Technik bekannt, auf, an, oder in einem separaten elektrisch isolierenden Trägermaterial in irgendeiner Art fixiert oder befestigt sind, sondern direkt in der Anwendung bzw. der Schaltung selbst eingesetzt sind. In der Schaltung selbst ist der Thermoschalter vorzugsweise auch auf, an oder in einem elektrisch isolierenden Trägermaterial angeordnet. Somit kommen innerhalb der Anwendung nur noch die für die Funktion unbedingt benötigten Komponenten zum Einsatz, was eine maximal mögliche Einsparung an Einzelkomponenten bedeutet.

Aufgrund der Tatsache, daß herkömmliche Thermoschalter zunächst komplett hergestellt werden müssen, um diese dann zu einem späteren Zeitpunkt innerhalb eines Schaltkreises zu befestigen und zu kontaktieren, ergibt sich ein weiteres Einsparungspotential, da erfindungsgemäß nur noch vorbereitende und für Fixierung bzw. Befestigung innerhalb der Anwendung notwendige Montagevorgänge realisiert werden müssen. Dadurch fallen teilweise Montagevorgänge, die für die Herstellung eines selbständig funktionsfähigen Schalters notwendig sind, weg.

Der Nutzer sollte in seiner Anwendung definierte Geometrien zur Befestigung der für die Funktion notwendigen Komponenten bereitstellen. Dies bedeutet unter Umständen einen einmalig höheren Konstruktionsaufwand, der aber durch die zu erwartenden Kosteneinsparungen in vielen Prozeßketten gerechtfertigt ist.

Die Erfindung ist auch unter umweltpolitischen Gesichtspunkten beachtenswert, da sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Thermoschalters aufgrund nicht mehr benötigter Einzelkomponenten in den gesamten Prozeßketten das Transportgewicht verringert und somit Transportkosten und benötigte Energie reduziert werden. Die bei der Herstellung der nicht mehr erforderlichen Komponenten benötigte Energie entfällt ebenso wie notwendige chemische Behandlungen, was einen weiteren positiven Effekt für die Umwelt ergibt.

Mit der Erfindung kann ein Schutz auch bei höheren Umgebungstemperaturen als bisher üblich realisiert werden, da die für das elektrisch isolierende Trägermaterial und andere Komponenten geltenden einschränkenden Temperaturbegrenzungen nicht mehr zu beachten sind. Wenn der Thermoschalter bisher ein die Abmessungen der Anwendung bestimmendes Element war, ist nun eine Reduzierung der Abmessungen aufgrund des geringeren Platzbedarfs des erfindungsgemäßen Schalters möglich.

Die konstruktive Festlegung der Fixierung für die erforderlichen Einzelkomponenten sollte Idealerweise mit dem Anwender der Erfindung abgestimmt werden, um eine einwandfreie Funktion des Schalters zu gewährleisten.

Der Schalter ist somit nicht für sich selbst funktionsfähig, sondern wird dies erst durch den Einbau in eine Anwendung. Dieser kann auch mit weiteren Funktionselementen, die bisher in oder an oder in Verbindung mit Schaltern verwendet oder kombiniert werden, bspw. mit anderen Heizelementen zur Selbsthaltung, Heizdrähten oder Heizelementen zur Aufheizung bzw. Beheizung des Bi- oder Mehrmetallschalters.

Der erfindungsgemäße Schalter wird vorzugsweise überall dort eingesetzt, wo in der Anwendung bzw. dem Gerät eine ausreichend stabile Befestigungs- und Kontaktierungsmöglichkeit gegeben ist oder durch konstruktive Berücksichtigung erreicht werden kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angebebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden der Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Thermoschalters.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einem herkömmlichen Schaltkreis mit dem herkömmlichen Thermoschalter.
3 verdeutlicht das erfindungsgemäße Verfahren.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermoschalters im Einsatz.
In 1 ist ein herkömmlicher Thermoschalter 10 wiedergegeben, der wie ein Pfeil 12 verdeutlich in einen Schaltkreis 14, der ausschnittsweise dargestellt ist, einzusetzen ist. Der herkömmliche Thermoschalter 10 umfaßt eine Bimetallscheibe 16, und eine Feder 18, die zusammenwirken und fest auf einer isolierenden Tragekonstruktion 20 angeordnet sind.
Der Schaltkreis 14 weist ein isolierendes Trägermaterial 22 und Anschlüsse 24 zur Kontaktierung des Thermoschalters 10 auf.
2 zeigt den mit dem Schaltkreis 14 durch Nieten, Schweißen, Schrauben, Kleben, Klemmen oder ähnliche Befestigungsmethoden verbunden Thermoschalter 10.
Die Darstellung macht deutlich, daß der Thermoschalter 10 als diskretes Bauteil mit dem Schaltkreis 14 verbunden wird. Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten stark durch die Geometrie des Thermoschalters 10 beschränkt. Die Abmessungen des Thermoschalters 10 sind ein bestimmendes Element bei dieser Anwendung.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zu erkennen ist ein erfindungsgemäßer Thermoschalter 30, der, wie ein Pfeil 32 verdeutlicht, in einen elektrischen Schaltkreis 34 einzusetzen ist. Das Thermoelement 30 umfaßt lediglich ein wärmeempfindliches Element 36, in diesem Fall ein Bimetallstreifen 36, der mit einem Federelement 38 zusammenwirkt 36. Zusätzlich ist der beispielhafte Thermoschalter 30 mit einem Kontakt 40 versehen.
Der Ausschnitt des elektrischen Schaltkreises 34 umfaßt ein Trägermaterial 42, Anschlüsse 44 zur Kontaktierung des Thermoschalters 30 und einen Festkontakt 46.
In 4 ist der in den elektrischen Schaltkreis 34 eingesetzte Thermoschalter 30 wiedergegeben. Zu erkennen ist, daß in dem dargestellten Beispiel der wärmeempfindliche Streifen 36 in Haken 48 des Federelements 38 eingesetzt ist und über diese mit dem Federelement 38 verbunden mit diesem zusammenwirkt.
Der Kontakt 40 ist in Verbindung zu dem Festkontakt 46 und ermöglicht somit einen Stromfluß in dem Schaltkreis 34 über das Thermoelement 30.
Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur, bspw, bedingt durch einen durch das Federelement 38 fließenden Strom oder durch die sich ändernde Umbebungstemperatur, biegt oder schnappt der wärmeempfindliche Streifen 36 nach oben und führt das Federelement 38 über die Haken 48 mit sich. Durch die Federwirkung des Federelementes 38 bzw. durch dessen Spring- bzw. Schnappwirkung wird die Verbindung zwischen dem Kontakt 40 und dem Festkontakt 46 schlagartig, genau definiert unterbrochen.

Claims

Thermoschalter zum Einsatz in einer elektrischen Schaltung (34), der lediglich ein temperatur- bzw. wärmeempfindliches Element (36) aufweist.
Thermoschalter nach Anspruch 1, bei dem das wärmeempfindliche Element (36) aus einem Bimetall gefertigt ist.
Thermoschalter nach Anspruch 1, bei dem das wärmeempfindliche Element (36) aus einem Mehrfachmetall gefertigt ist.
Thermoschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der mit einem Kontakt (40) versehen ist.
Thermoschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Federelement (38), das mit dem wärmeempfindlichen Element (36) zusammenwirkt.
Thermoschalter nach Anspruch 5, bei dem das Federelement (38) eine stromführende Funktion übernimmt.
Thermoschalter nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Federelement (38) Haken (48) trägt, die das wärmeempfindliche Element (36) fixieren bzw. halten.
Thermoschalter nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das wärmeempfindliche Element (36) fest mit dem Federelement (38) verbunden ist.
Elektrischer Schaltkreis, bei dem ein Thermoschalter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingesetzt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 9, bei dem der Thermoschalter (30) auf geeignete Weise angeschweißt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 7, bei dem der Thermoschalter (30) auf geeignete Weise angeklebt ist.
Verfahren zum Implementieren einer temperaturabhängigen Schaltfunktion in einem elektrischen Schaltkreis (34), bei dem ein Thermoschalter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 an geeigneter Stelle in dem Schaltkreis (34) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) angeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) angeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) mittels eines Lasers mit dem Schaltkreis (34) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) angeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter angeklemmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) angenagelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Thermoschalter (30) angelötet wird.
Verwendung eines Thermoschalters (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem elektrischen Schaltkreis (34) zur Implementierung einer temperaturabhängigen Schaltfunktion.
Verwendung eines Thermoschalters (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Regelkreis zur Implementierung einer temperaturabhängigen Schaltfunktion.