DE10301803B4 - Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk - Google Patents

Abstract

Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk, welches aus einer Bimetallschnappscheibe (4), einer Federscheibe (2) und einem dazwischen gelagerten, von der Bimetallschnappscheibe (4) und der Federscheibe (2) getragenen und beweglichen Kontakt (3) gebildet ist und welches unverlierbar in einem aus einem Deckel (7) aus Metall oder einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material und einem einteiligen Gehäuseteil gebildeten Umgehäuse verkapselt ist, und mit einem feststehenden, an dem Deckel (7) gebildeten Kontakt (5), wobei der feststehende Kontakt (5) durch den Deckel (7) zur Außenseite durchragend derart ausgestaltet und formschlüssig in den Deckel (7) eingearbeitet ist, dass er außen bündig mit dem Deckel (7) abschließt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit zwei Außenanschlüssen sowie einem temperaturabhängigen Schaltwerk, dessen Abhängigkeit von seiner Temperatur zwischen den beiden Außenanschlüssen eine elektrisch leitende Verbindung für einen durch den Schalter zu leitenden elektrischen Strom herstellt, wobei das Schaltwerk ein Schaltorgan umfasst, welches seine geometrische Form temperaturabhängig zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verändert und während einer Schließstellung den durch den Schalter fließenden Strom führt.
• Derartige Schutz-Temperatur-Begrenzer sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
• Bei allen zugrunde liegenden Schutz-Temperatur-Begrenzern erfolgt der Stromdurchfluss in oder am Schaltwerk mittels zweier Kontakte, bei denen entweder beide oder zumindest einer beweglich und einer feststehend ist. Die Kontakte selbst, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen können und in der Regel so genannte Dreh- oder Prägeteile sind, werden auf bekanntlich unterschiedlichen Arten in die Schaltwerke integriert. Für die Funktion des Schaltwerkes ist dabei wesentlich, dass die beiden Kontakte in deren Stellung zueinander als Kontakt und Gegenkontakt in Verbindung stehen bzw. aufeinander ausgerichtet sind. Dabei ist es nötig, dass die Kontaktteile an den zu den Außenanschlüssen überbrückenden Schaltwerkteilen wie z. B. Gehäuse, Feder, Steg, Führungs- oder Bimetallelementen unverlierbar angebracht sind. Dabei erfolgt das Anbringen üblicherweise mittels Vernietung, Verlötung, Verklebung oder Verschweißung so, dass das betreffende Kontaktteil selbst überstehend als Verbindungsteil angebracht wird. Dabei haben sich bei verschiedenen Verfahren zahlreiche Nachteile herausgestellt. So ist z. B. erwiesen, dass bei Kontaktvernietungen an beweglichen oder unbeweglichen Kontaktträgern mit Leitungsfunktionen permanent variierende Übergangswiderstände auftreten können, die ein erhöhtes. Maß an produktionsbegleitenden Messverfahren in Form von Prüfungen erforderlich machen. Die Verlötung oder Verklebung von Kontaktteilen an leitenden Kontaktträgern in oder am Schaltwerk hat sich ebenfalls als problematisch erwiesen, da z. B. aufgrund der geringen Bindefestigkeit zwischen den Materialien bei solchen Verarbeitungsweisen ebenfalls Übergangswiderstände gebildet werden, zudem aber auch nur niedere Temperaturbereiche für mögliche Anwendungen in betracht kommen und die mechanische Festigkeit der Verbindungen wesentlich geringer als bei anderen Verfahren ist, so dass als Produktionsbegleitprozesse nicht nur elektrische sondern auch mechanische Prüfungen mit zum Teil zerstörerischen Auswirkungen auf die Prüflinge selbst durchgeführt werden müssen, wodurch zusätzlicher Material- und Kapazitätsaufwand in Anspruch zu nehmen ist. So hat sich als eine der gebräuchlichsten Formen der Kontaktanbringung an leitende Kontaktträger die Verschweißung herausgebildet. Auf dünnen beweglichen Kontaktträgermaterialien wird durch den Verschweißvorgang am so genannten Schweißpunkt durch die Hitzeverbundeinwirkung oft eine Materialschädigung verursacht. Insbesondere bei Bimetallstreifen oder -blättchen, denen im Schaltwerk ja basisfunktionelle Bedeutung zukommt, werden durch die Schweißpunkte funktionsbeeinträchtigende Schädigungen verursacht die wiederum nur durch hohe ausschließende Selektionen zu regulieren sind. Aus diesem Grunde werden z. B. auch Schweißkontakte an feststehenden unbeweglichen Kontaktträgern bevorzugt während an beweglichen Bimetallen die Kontakte vorzugsweise, sofern u. g. Nachteile nicht in Kauf genommen werden, eingespannt oder vernietet werden. Bei zahlreichen Schutz-Temperatur-Begrenzern sind die Schaltwerke selbst oft aus Federscheiben und Bischeiben welche in ausgleichender bzw. antagonistischer Zusammenwirkung zu einander stehen als ein Kontaktträger bzw. als beweglicher Kontaktarm ausgestaltet während der feststehende Gegenkontakt an das Schaltwerk umschließende Gehäuse oder den das Gehäuse zu verschließenden Deckel angebracht sind. Eine zusätzliche besondere Schwierigkeit stellt sich bei solchen Lösungen dadurch dass Deckel und Gehäuse voneinander elektrisch isoliert sein müssen was dem bekannten Stand der Technik folgend auf zwei Arten möglich ist. Zum Einen kann der Deckel z. B. aus Kunststoff beschaffen sein, d. h. selbst Isolator sein, wobei dann der Kontakt selbst in Form eines so genannten Kontaktstiftes durch den Deckel hindurchragend angebracht ist, wobei die Kontaktfläche in das Innere des Gehäuses den im oder am Schaltwerk integrierten Kontakt zugewandt ist und auf der Außenseite als Elektrode z. B. für Löt- oder Klemmanschlüsse ausgebildet ist. Kunststoffteile sind zwar als Isolierteile geeignet, haben aber z. B. gegenüber Metall teilweise den Nachteil geringerer mechanischer Stabilität, größerer Alterung und weniger Wärmeabfuhr, d. h. dass bei Schaltern die z. B. als Überhitzungsschutzelemente in Drahtwicklung integriert werden und die somit einem hohen Pressdruck ausgesetzt werden, Verschlussdeckel aus Metall bevorzugt sind. Diese werden in der Regel gegenüber den zu verschließenden Metallgehäusen mit Isolierfolien aus elastischem Kunststoff isoliert, wobei sie im Produktionsprozess als Zwischenlagen zwischen Deckel und Gehäuse positioniert und verarbeitet werden. Solche Deckelteile können entweder selbst direkt als Kontaktflächen und Elektroden nach außen ausgewiesen werden oder aber es wird an oder auf ihnen ein Kontakt zum Schaltwerkkontakt angeschweißt. Eine solche Konstruktion wird gängig als Deckel mit Aufschweißkontakt bezeichnet. Die nach außen gekehrte ebene Deckelseite die eine Elektrode des Schalters darstellt, wird, da zumeist Kabelanschlüsse aufgelötet werden, versilbert, was einen zusätzlichen kostenintensiven Arbeitsgang darstellt. Da gängige Lötmaterialien aber oberflächliche Verbindungen darstellen und gängige Deckel und Gehäuse vorwiegend aus Stahl, Messing oder Aluminium bestehen, die keine mechanisch belastbaren Schutz-Temperatur-Begrenzern Lötverbindungen erlauben, ist eine Versilberung der Lötflächen an dieser Art von Schutz-Temperatur-Begrenzern unabdingbar. Aber auch die Verlötung auf einer mit Silber galvanisierten Fläche ist durch mechanische Einflüsse mehr gefährdet als z. B. eine Direktverlötung auf einem aus Silber bestehenden Kontakt es wäre, welche durch den Deckel hindurch geführt wird. Es hat sich nämlich in der Praxis immer wieder erwiesen, dass Kabel und Leitungen an besagten Schutz-Temperatur-Begrenzern sich im Weiterverarbeitungsprozess, also da wo der Schutz-Temperatur-Begrenzer nach seiner Implementierung an das zu schützende Gerät, wie z. B. einem Elektromotor, umgelegt, gebogen oder gezogen werden müssen um die unisolierten Kabelenden als äußere Elektroden des Schutz-Temperatur-Begrenzer an eine konstruktiv dafür vorgesehene Stelle anzuschließen. Wegen diesem Problem werden solche Schutz-Temperatur-Begrenzer von den Herstellern (da die Galvanisierungsschichten als mechanischer Halt für Lötverbindungen oft nicht ausreichen) oft zusätzlich mit mechanisch belastbaren Umhüllungen wie z. B. bestimmten Industrieharzen versehen, um unter anderem auch den Kabel und Leitungen an den Schutz-Temperatur-Begrenzern höhere Abbruchs- bzw. Abzugssicherheit beizuordnen. Dies stellt aber einen nachträglichen, zusätzlichen, kostenintensiven Arbeitsgang dar, der sich zudem auch nachteilig auf die äußere Geometrie des Schutz-Temperatur-Begrenzers auswirkt, der dieser durch Umhüllmassen wesentlich vergrößert wird. Des weitern hat sich an so genannten Aufschweißkontakten auch gezeigt, dass diese nur mit höchster Sorgfalt in gleich bleibender Qualität reproduzierbar sind, denn bereits durch geringfügige Schwankungen im Schweißprozess, die nicht einmal maschinell oder verarbeitungsbedingt sein müssen, sondern sich z. B. schon durch inhomogene Umgebungsbedingungen ergeben können (z. B. Luftfeuchtigkeit, Materiallagertemperatur, Raumtemperatur), können die Schweißstellen selbst zu Risikofaktoren werden. So zeigt auch hier die Praxis beständig, dass gerade auch die Schweißstellen ursächlich sind, für elektrische und thermische Übergangswiderstände welche wiederum die Funktions- und Leistungsfähigkeit der SCHUTZ-TEMPERATUR-BEGRENZER bzw. inliegender Schaltwerke nachteilig beeinträchtigen können. So ist es im schlimmsten Fall sogar möglich, dass durch Überströme bzw. hohe Stromdichten auch gut verarbeitete Schweißstellen, erst recht aber solche, die Beeinträchtigungen unterliegen, dahingehend verschlissen werden können, dass sich letztendlich der Kontakt im Betrieb lösen kann und somit die Funktion des Schutz-Temperatur-Begrenzern als sicherheitsgewährendes Element zum Überhitzungsschutz des zu schützenden Gerätes komplett ausfällt.
• Die DE 195 07 105 C1 beschreibt ein temperaturabhängiges Schaltwerk, das in einem Gehäuse aus elektrisch leitendem Unterteil und elektrisch leitendem Oberteil aufgenommen ist. Innen an dem Oberteil liegt ein mit einem Widerstand versehenes Tragteil auf, wobei durch Tragteil und Oberteil ein Niet hindurchragt, der innen im Schalter einen festen Gegenkontakt für das Schaltwerk aufweist. Außerhalb des Schalters bildet der Kopf des Nietes einen der beiden Außenanschlüsse.
• Die DE 44 28 226 C1 beschreibt einen vergleichbaren temperaturabhängigen Schalter, bei dem das Deckelteil aus Isolationsmaterial gefertigt ist, auf dessen Außen und/oder Innenseite Widerstände integriert sind. Auch hier durchragt ein Niet das Deckelteil und bildet innen im Schalter einen festen Gegenkontakt, wobei der Niet außen mit Widerständen verbunden ist, die zu dem Außenanschluss führen.
• All diese Problem werden durch die nachfolgend ausgeführte Erfindung ganz oder teilweise dahingehend gelöst, dass als Gegenkontakt zum Schaltwerk in einem Metalldeckel elektrisch verbindend zur Außenseite des Schutz-Temperatur-Begrenzer durchragender Kontakt aus vorzugsweise Silber oder ähnlich gut geeignetem Material angebracht wird was mittels Durchdruck bzw. Durchschuss geschieht, wobei Deckel und Kontakt so vorgeformt sind, dass sie anschließend formschlüssig verbunden sind. Dadurch werden gegenüber bisherigen Lösungen folgende Vorteile generiert:
• A. der Deckel kann vollautomatisch am Band als Stanzteil gefertigt werden, wobei die Kontaktintegration dann teilweise vollautomatisch oder manuell mittels Bördelung oder Vernietung erfolgen kann.
• B. Der Deckel muss nicht mehr zur Schaffung einer geeigneten Lötfläche galvanisiert werden. Dadurch werden Kosten und Arbeitsgänge eingespart.
• C. Durch die Direktverlötung am Kontakt mit Leitung und Kabeln als Außenanschlüsse für den Schutz-Temperatur-Begrenzer erhalten diese eine größere mechanische Stabilität und Zug-Belastungsfähigkeit gegenüber oberflächlich Lötungen auf Galvanisierungsschichten.
• D. Durch Verwendung von Metalldeckeln mit durchragendem Kontakt, ist auch höhere Stabilität gegenüber Kunststoffdeckeln mit durchragendem Kontakt geschaffen.
• E. Durch die so erzielte Ausschaltung von elektrischen und thermischen Übergangswiderständen wird für den Schutz-Temperatur-Begrenzer selbst eine bessere Wärmeabfuhr nach dem Schaltvorgang erreicht, was sich entlastend auf das Schaltwerk insbesondere auf das Bimetall und somit auch auf Langzeitstabilität und Lebensdauer auswirkt.
• F. Das Risiko von Kontaktablösungen an den Schweißstellen zwischen Deckel und Kontakten wird eliminiert.
• G. Mögliche Lichtbogenwanderungen wegen überlagernden Materialübergängen an den Schweißstellen werden vermieden.
• H. Abschließende zur Stabilisierung der Lötstellen erforderliche Versiegelungen mit z. B. Industrieharzen wie dies bei herkömmlichen Schutz-Temperatur-Begrenzern mit Metalldeckeln und Schweißkontakten der Fall ist, ist nicht mehr erforderlich. Dadurch werden zusätzliche Materialkosten und Arbeitsgänge eingespart.
• All diese Vorteile werden allein durch die bei Schutz-Temperatur-Begrenzern neuartige Integration des feststehenden Gegenkontaktes zum beweglichen Schaltwerkkontakt bewirkt. Es liegt auf der Hand, dass sich die Erfindung auch vorteilhaft in ähnlichen oder benachbarten technischen Bereichen umsetzen lässt.
• 1 beschreibt einen herkömmlichen Schutz-Temperatur-Begrenzer mit Metalldeckel (7) und Aufschweißkontakt (5) in geschlossenem, also leitendem Zustand. Auf der gegenüberliegenden Seite des versilberten Deckels ist ein Leitungskabel (8) angelötet und zu dessen mechanischer Stabilisierung die Schutz-Temperatur-Begrenzer-Oberfläche inklusive der Lötstelle (8a) anschl. mit meinem spröden Isolierharz (9) überzogen. Der Metalldeckel (7) ist gegenüber dem einteiligen Metallgehäuse (1) durch eine Polyamidfolie (6) isoliert, wobei übereinander gelegt im Montageprozess Deckel (7) und Polyamidfolie (6) bis zur Auflagefläche (1b) des Gehäuseteils eingedrückt und anschl. mittels Umbördelung des oberen Gehäuserandes (1c) auf selbige (6)(7) unverlierbar befestigt werden. Unterhalb des Deckels (7) befindet sich nun im Gehäuse (1) eingeschlossen das so genannte selbstausrichtende Schaltwerk welches aus einem Kontaktteil (3) einer konkaven Bimetallscheibe (4) und einer Federscheibe (2) besteht, wobei die Federscheibe (2) und die Bimetallscheibe (4) an welchen formschlüssige Löcher zur Kontaktteilaufnahme bestehen, den Kontakt (3) an dessen Auflageschulter (3a) zwischen sich tragen. Dabei ist vorgesehen, dass die Stellkraft der konkaven Federscheibe (2) geringer ist als die der Bimetallscheibe (4) wodurch gewährleistet ist, dass sich die Bimetallscheibe (4) bis zu ihrem Umschnappen in ihrer Hysterese frei bewegen kann, und zugleich die Kontakte (3)(5) bis dahin noch durch die ausübende Stellkraft der Federscheibe (2) geschlossen gehalten werden. Dadurch, dass die Kraft der Bischeibe (4) gezielt größer ausgelegt ist, als diejenige der Federscheibe (2), werden die Kontakte (3)(5) erst mit dem schlagartigen Umschnappen der Bimetallscheibe (4) geöffnet und der Stromdurchfluss der sich zuvor über Kabel (8) Deckel (7) und Schweißstelle (3a) durch die Kontakte (3)(5) über die am Gehäuseboden (1a) aufliegende Federscheibe (2) durch das selbige zum dazugehörigen Außenanschluss (10) fortsetzt, unterbrochen.
• 2 stellt die Erfindung dar und zeigt ein in seiner Funktion analoges Schaltwerk zu 1. Dadurch, dass allerdings der am Metalldeckel (7) befindliche Kontakt (5) durchragend ist, entfällt die in 1 aufgezeigte Schweißstelle (5a). Die Verlötung (8a) erfolgt direkt auf dem durchragenden Kontaktteil (5). Es entfällt ebenfalls die zur Stabilisierung der Lötstelle wie in 1 dargestellte Verharzung (9).

Claims (8)

1. Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk, welches aus einer Bimetallschnappscheibe (4), einer Federscheibe (2) und einem dazwischen gelagerten, von der Bimetallschnappscheibe (4) und der Federscheibe (2) getragenen und beweglichen Kontakt (3) gebildet ist und welches unverlierbar in einem aus einem Deckel (7) aus Metall oder einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material und einem einteiligen Gehäuseteil gebildeten Umgehäuse verkapselt ist, und mit einem feststehenden, an dem Deckel (7) gebildeten Kontakt (5), wobei der feststehende Kontakt (5) durch den Deckel (7) zur Außenseite durchragend derart ausgestaltet und formschlüssig in den Deckel (7) eingearbeitet ist, dass er außen bündig mit dem Deckel (7) abschließt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) ein eingearbeitetes Loch zur Aufnahme des feststehenden Kontaktes (5) aufweist.
3. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Kontakt (5) aus Silber besteht.
4. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Kontakt (5) auf beiden Seiten des Deckels (7) feststehende Kontaktflächen bildet.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Kontaktflächen als Gegenkontakt zum beweglichen inliegenden Kontakt (3) in das Innere des Umgehäuses ausgerichtet ist.
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Kontaktfläche als Kontaktfläche zur Aufnahme von Lötanschlüssen, Schweißanschlüssen und/oder Klemmanschlüssen ausgebildet ist.
7. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, unisolierte Außenseite des Deckels (7) als Elektrode des Schalters ausgestaltet ist.
8. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Kontakt (5) in den Deckel (7) eingebördelt oder eingenietet ist.