DE1052507B - Temperaturabhaengiger elektrischer Kleinschalter fuer grosse Stromstaerken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf temperaturabhängige elektrische Kleinschalter für große Stromstärken mit einem Bimetallschnapper, der besonders für Militärgeräte aller Art geeignet ist.

Die Anwendung von Bimetallen in Schaltern ist besonders bei verhältnismäßig schwachen Strömen üblich. Versuche, Bimetallfedern als Schalter für Militärgeräte zu benutzen, sind mit besonderen Problemen verbunden. Durch Kurzschluß kann z. B. die Bimetallblattfeder so stark erhitzt werden, daß sie als Schutzvorrichtung unwirksam wird. Völlige Zerstörung der Blattfeder kann eintreten, wenn die rückstellende Federkraft nicht ausreicht, die bei Kurzschluß auftretende Kontaktverschweißung zu lösen.

Während unter normalen Bedingungen bei den erwähnten Militärgeräten meistens die Stromstärke bei etwa 15 A bei einer Betriebsgleichspannung von 24 V liegt, können doch unter Umständen Kurzschlußströme bis zu IOOOA auftreten.

Das Hauptziel der Erfindung liegt nun darin, einen Kleinschalter zu schaffen, der die hohen und stoßartigen Belastungen an Militärgeräten erträgt und dabei erschütterungsfest ist. Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das verwendete Bimetallblechteil im wesentlichen kugelförmig gewölbt ist und in seiner Mitte eine Aussparung aufweist und daß eine Zunge aus Bimetall von größerer Blechstärke als die des Bimetallblechteils an diesem befestigt ist und sich in die Aussparung erstreckt und daß das freie Ende der Zunge mit dem elektrischen Pol verbunden ist und daß das bewegliche Kontaktelement auf der dem freien Ende der Zunge gegenüberliegenden Seite des Bimetallblechteils angebracht ist. Zur Erläuterung der vorgenannten Erfindung wird im einzelnen ausgeführt: Der Kleinschalter besteht aus einem Gehäuseblock mit zwei Klemmen für den Anschluß an den elektrischen Stromkreis z. B. eines Militärfahrzeugs. Der Kleinschalter besteht fernerhin aus einem Bimetallschnapper, der auf dem erwähnten Gehäuseblock befestigt ist. Dieser Schnapper ist aus Bimetallblech, das eine gewölbte Form hat und in der Mitte ausgeschnitten ist. Außerdem ist eine Zunge aus Bimetall vorgesehen. Ein Ende dieser Zunge ist an dem gewölbten Bimetallkörper am Ende des Mittelausschnittes befestigt. Mit dem anderen Ende der Zunge ist die gesamte Schnappvorrichtung an dem Gehäuseblock befestigt und an dieser Stelle mit einer der erwähnten Anschlußklemmen leitend verbunden. Bimetallblechkörper und Bimetallzunge sind derart miteinander verbunden, daß die Schicht größerer bzw. kleinerer Ausdehnung auf derselben Seite liegt. Die Zunge erstreckt sich von ihrem Befestigungspunkt an dem Bimetallkörper bis an das gegenüberliegende Ende des Mittelausschnittes. Der dort anschließende Temperaturabhängiger elektrischer
Kleinschalter für große Stromstärken

Anmelder:
The Wilcolatox Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. E. Lichtenstein, Rechtsanwalt,
Stuttgart, Werastr. 14-16

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Januar 1955

Homer Freeman Malone, Millburn, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Teil des Blechkörpers trägt auf einer Seite ein elektrisches Kontaktelement. Diesem liegt auf dem Gehäuseblock ein feststehender Kontakt gegenüber, der mit der anderen Anschlußklemme leitend verbunden ist.

Der Kleinschalter arbeitet folgendermaßen: Bei Stromdurchgang durch den an den Gebäuseblock montierten Bimetallschnapper vergrößert sich der Kontaktdruck mehr und mehr, bis bei überhöhter Stromstärke das an dem unbeweglichen Gehäusekontakt anliegende Kontaktelement mit einem raschen und eindeutigen Schnapp Vorgang abhebt.

Eine bewährte Ausführungsform des Bimetallschnappers besteht aus einem länglichen und an einem Ende runden Bimetallblechstreifen. (Die Rundung liegt an dem Ende, das die Zunge trägt.) In der Längsrichtug des Bimetallstreifens erstreckt sich der erwähnte Mittelausschnitt so, daß seitliche Randstreifen von gleicher Breite entstehen. An dem der Zungenbefestigung gegenüberliegenden Ende sind die Randstreifen zusammengezogen und gegeneinander gespannt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung überlappt die Zunge das eine Ende des Bimetallblechkörpers und ist dort befestigt. Die Zunge liegt zwischen den beiden seitlichen Randstreifen und ist etwas schmaler als der Ausschnitt, so daß die Vorrichtung frei schnappen kann. Außerdem ist der Querschnitt der Zunge mindestens gleich groß wie die Summe der Querschnitte beider Randstreifen. DieseKonstruktion unterscheidet sich vorteilhaft von anderen Kleinschaltern, da sämtliche Blattfederteile bei gleicher Temperatur arbeiten

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und keine örtliche Überhitzung der Blattfedern auftritt, wenn bei übergroßer Stromstärke der Kleinschalter funktionieren soll. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Konstruktion ist der außergewöhnlich hohe Kontaktdruck. Dadurch wird nur ein geringer Kontaktwiderstand verursacht, wodurch wiederum nur ein geringer Spannungsabfall auftritt. Die damit verbundenen niedrigen Temperaturen ergeben eine lange Lebensdauer der Kontakte auch bei hoher Beanspruchung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können aus den Fig. 1 bis 4 entnommen werden. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Kleinschalters mit Bimetallschnapper, wie sie der vorliegenden Erfindung entspricht. Fig. 2 stellt einen senkrechten Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 dar und zeigt die in der Längsrichtung gewölbte Form des Bimetallthermostaten. Der Schalterkontakt ist dabei geschlossen. Fig. 3 ist ähnlich wie Fig. 2, nur sind die Kontakte geöffnet. Fig. 4 ist eine Vorderansicht des aus dem Gehäuse ausgebauten Bimetallschnappers, die die Wölbung des Bimetallkörpers in Querrichtung wiedergibt.

Fig. 5 ist ein senkrechter, mittlerer Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Bimetallschnappers. Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Bimetallblechkörpern ist bei dieser Ausführungsform der Schnapper in der Querrichtung zylindrisch gewölbt, wobei aber eine Krümmung in der Längsrichtung fehlt.

Die Fig. 1 bis 4 stellen einen Kleinschalter dar, der bereits in beträchtlichem Maße verwendet wird. Dieser verbesserte Kleinschalter besteht aus einem Bakelitgehäuse 10, in welches bei der Herstellung die Klemmen 12 und 14, die Muffen 16 und 18 und ein Befestigungssockel 20 eingepreßt wurden. Die Klemmen 12 und 14 dienen zum Anschluß an den zu schützenden Stromkreis. Die Muffen 16 und 18 nehmen isolierte Einfachstecker auf, die durch Bajonettverschlüsse festgehalten werden (Muffe 18). Muffe 16 zeigt außerdem einen nach außen stehenden Ansatz 22, der demselben Zweck dient. Das Gehäuse hat angepreßte Ösen 24, die zur Befestigung des Schalters am Instrumentenbrett oder an einer anderen Stelle des Gerätes dienen.

Eine verhältnismäßig kräftige, breite Kontaktbrücke 26 ist oben auf der Klemme 12 angenietet und erstreckt sich nach oben bis über das Gewinde 21 von Sockel 20. Der nach der vorliegenden Erfindung verbesserte Kleinschalter ist mit 28 bezeichent und auf dem Sockel 20 befestigt. Die Bimetallvorrichtung besteht aus einem Blechkörper 30 aus Bimetallblech, welches in der in Fig. 1 gezeigten Form ausgeschnitten ist. Dieser Blechkörper 30 ist bei 32 an das eine Ende einer Bimetallzunge 34 festgenietet. Das andere Ende der Bimetallzunge ist gelocht und paßt über das Gewinde 21 des Sockels 20. Die Bimetallvorrichtung wird im Gehäuse dadurch festgehalten, daß das Zungenende 34 gegen die obere Fläche der Kontaktbrücke 26 durch eine Mutter 36 auf dem Sockel 20 angeschraubt wird.

Der Blechkörper 30 besitzt ein abgerundetes Ende 38, an das die Zunge 34 angenietet ist, und zwei seitliche Streifen 40, die am anderen Ende zusammenlaufen und als Rippenversteifung 42 ausgebildet sind. Diese Rippenversteifung ist eine runde, schräg nach unten verlaufende Ausbuchtung 44, welche die nebeneinanderliegenden Enden der seitlichen Streifen 40 gegeneinanderzieht, wodurch eine gewölbte, konkave Verformung und zugleich eine Spannung in dem Blechkörper 30 entsteht.

Die Ausbuchtung 44 besitzt einen flachen Boden, an dem von unten ein elektrischer Kontakt 46 durch Punktschweißung angebracht ist. Diesem Kontakt liegt ein zweiter Kontalct 48 gegenüber, der von dem oberen Ende der Klemme 14 getragen wird. Fig. 2 zeigt den Aufbau des Kleinsohalters in senkrechter Richtung. Daraus geht hervor, daß ein beträchtlicher Kontaktdruck zwischen den Kontakten 46 und 48 durch die Federkraft der Bimetallvorrichtung 28 ausgeübt wird, wenn die Zunge 34 durch die Mutter 36 fest angezogen ist. Die Zunge 34 ist bei 50 in der entgegengesetzten Richtung gekrümmt, so> daß das anzufügende Ende der Zunge etwa in Höhe der Innenkanten der Seitenstreifen 40 oder etwa darüber liegt. Dies ist notwendig, da das entgegengesetzte Ende der Zunge an die Unterseite des Blechköirpers 30 festgenietet ist. Fig. 4 zeigt die Lage des rechten Endes der Zunge 34, wenn die Bimetallvorrichtung aus dem Gehäuse ausgebaut ist. Die Zunge 34 kann aber auch vollkommen gerade ausgeführt werden, sie muß jedoch an dem durch Niete 32 gehaltenen Ende die konkave Wölbung der Unterseite des Blechkörpers 30 besitzen. Diese Teile kommen übereinanderzuliegen und werden durch Stauchnietung oder Punktschweißung so aneinandergefügt, daß genügend Auflagefläche entsteht, um die gegebenenfalls auftretenden hohen Ströme leiten zu können.

In der durch die Zeichnung wiedergegebenen Konstruktion ist angedeutet, daß die Zunge 34 die gleiche Ouerschnittsfläche hat wie beide Querschnittsflächen der seitlichen Streifen 40 zusammen. Die Zunge kann dadurch den gleichen Strom wie die seitlichen Streifen 40 aufnehmen, ohne dauernd verformt oder gar beschädigt zu werden. Beim Bau der Bimetallvorrichtung kann z. B. der Blechkörper 30 aus Bimetallblech in einer Stärke von 0,38 mm ausgestanzt werden, während die Zunge 34 aus 0,58 mm starkem Bimetallblech hergestellt werden kann.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Blechkö-rper 30 ein abgerundetes Ende 38 von etwa der gleichen Breite wie die Randstreifen 40 besitzen sollte, da diese Konstruktion im Betrieb gleichförmiger arbeitet, als wenn die Enden des Blechkörpers einfach quer abgeschnitten sind.

Die Herstellung des Bimetallkörpers 30 nach dem Ausstanzen geschieht am besten in mindestens zwei Biegevorgängen. Zuerst werden die seitlichen Streifen 40 unter einer Prägepresse geformt. So hatte z. B. bei der Herstellung eines Bimetallfederkörpers von 32,54 mm Länge und 23,80 mm Breite der Prägestempel einen Krümmungsradius von 31,75 mm und bedeckte beide Streifen gleichförmig. Die Streifen 40 werden durch die Behandlung in der Presse nach innen und unten gebogen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Schicht höherer Ausdehnung des Bimetalls bildet dabei die untere oder konkave Seite. Anschließend wurde der Blechkörper 30 einem zweiten Biegevorgang unterworfen, um den abgerundeten Endteil 38, der durch die runden Kanten 52 und 54 begrenzt wird, zu biegen. Dazu wurde eine Prägepresse benutzt, deren Stempel einen Krümmungsradius von 23,80 mm besaß und der konzentrisch zu den Bögen 52 und 54 angesetzt wurde. Dadurch ergab sich eine kugelförmige, konkave Verformung der sich stark ausdehnenden Seite, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Radius des Bogens 52 beträgt 5,94 mm, der des Bogens 54 beträgt 12,29 mm. Die seitlichen Streifen 40 haben einen Abstand von 11,10 mm, und der Ausschnitt ist 19,02 mm lang. Die Zunge ist 23,16 mm breit und 22,38 mm lang.

Claims (4)

1. Die konkave Wölbung des Bleches 30 (Fig. 4) wird durch die Biegeverformung der seitlichen Streifen 40 in der oben beschriebenen Weise erreicht. Die dadurch erzielte kugelige Wölbung hat ihren Krümmungsmittelpunkt etwa an der Stelle, wo die Bezugslinie der Nummer 34 in Fig. 1 endet. Die aus Fig. 2 ersichtliche konkave Wölbung kann in gewissem Ausmaß auch durch die Ausbuchtung 44 erreicht werden. Der Blechkörper 30 kann aber auch so geformt werden, daß die Wölbung zylindrisch und in Längsrichtung gerade verläuft (Fig. 5). Die Krümmung in Querrichtung ist dabei etwa so, wie dies in Fig. 4 zum Ausdruck kommt. Die Federelemente 28' entsprechen denen der Nummer 28 und sind mit den gleichen Ziffern, aber mit einem Strich bezeichnet.

   Beide Kleinschaltertypen, sowohl mit kugeliger als auch mit zylindrischer Wölbung des Blechkörpers, arbeiten in der gleichen Weise. In beiden Fällen liegt die sich bei Erwärmung stärker ausdehnende Schicht des Bimetalls auf der Konkav- oder Unterseite. Werden die Klemmen 12 und 14 in den Stromkreis eingeschaltet, so bewirkt das Fließen des elektrischen Stromes eine Erwärmung der federnden Teile des Schappers 28. Dadurch geht das vernietete Ende der Zunge 34 nach oben und erhöht durch die Hebelwirkung den Druck des Kontaktes 46 auf den Kontakt 48. Wenn nun schließlich der Blechkörper 30 auf eine bestimmte Temperatur erwärmt ist, schnappt er in die umgekehrte Wölbung um, und Kontakt 46 hebt von Kontakt 48 ab. Dies wird in Fig. 3 gezeigt. Der an die Klemmen 12 und 14 angeschlossene Stromkreis wird dadurch unterbrochen. Sobald der Bimetallschnapper etwa abgekühlt ist, springt er wieder in die Schließstellung zurück.

   Die zylindrisch gewölbte Form (im Gegensatz zu der kugelig gewölbten Form) ergibt einen Kleinschalter, der bei höherem Temperaturniveau oder mit größerer Temperaturdifferenz zu arbeiten vermag. Die hier angegebenen Dimensionen entsprechen einer Spannung von 24 V. Da das Temperaturniveau für das Ansprechen des Schalters sehr hoch gewählt werde kann, läßt sich der Schalter auch bei höherer Umgebungstemperatur, wie sie etwa in einem Motorengehäuse herrscht, verwenden. Gleichermaßen gut geeignet ist der Schalter aber auch als Uberlastungs-

   schutz bei extrem niederen Temperaturen, etwa bei 50° C, sowie für alle dazwischenliegenden Temperaturen. Der Kleinschalter kann Kurzschlußströme bis zu IOOOA Gleichstrom oder mehr unterbrechen. Er kann mehrere Stunden lang den Strom ein- und ausschalten, ohne daß der vorbestimmte effektive Höchstwert des Stromes überschritten wird.

   Patentansprüche:

   1 .Temperaturabhängiger elektrischer Kleinschalter für große Stromstärken mit Bimetallschnapper aus einem Bimetallblechteil, das leitend mit dem einen elektrischen Pol verbunden ist und auf seiner Oberfläche ein bewegliches, mit einem Festkontakt des anderen elektrischen Pols zusammenwirkendes Kontaktelement trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallblechteil (30) im wesentlichen kugelförmig gewölbt ist und in seiner Mitte eine Aussparung aufweist, daß eine Zunge (34) aus Bimetall von größerer Blechstärke als die des Bimetallblechteils (30) an diesem befestigt ist und sich in die Aussparung erstreckt, daß das freie Ende der Zunge (34) mit dem elektrischen Pol (20) verbunden ist und daß das bewegliche Kontaktelement (46) auf der dem freien Ende der Zunge gegenüberliegenden Seite des Bimetallblechteils (30) angebracht ist.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Querschnitt der Zunge (34) gleich der Summe der leitenden Querschnitte der beiden Seitenarme (40) des Bimetallblechteils (30) ist.
3. 3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zunge (34) und Seitenarme (40) nahezu gleich breit sind und die Zunge (34) ungefähr doppelt so dick ist wie das Bimetallblechteil (30).
4. 4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zunge (34) und Bimetallblechteil (30) miteinander verschraubt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2 647 189, 2 636 098,;
   französische Patentschrift Nr. 1 051 560.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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