DE19527254A1 - Temperaturwächter - Google Patents
TemperaturwächterInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturwächter mit
einem zum Schutz eines Verbrauchers bei Übertemperatur schalten
den Bimetall-Schaltwerk, einem dem Bimetall-Schaltwerk zugeord
neten ersten Heizwiderstand, der bei betätigtem
Bimetall-Schaltwerk im Sinne einer Selbsthaltefunktion wirkt, und einem
dem Bimetall-Schaltwerk zugeordneten zweiten Heizwiderstand,
der bei zu hohem Stromfluß durch den Temperaturwächter derart
wirkt, daß das Bimetall-Schaltwerk schaltet, um so den Ver
braucher vor Überstrom zu schützen.
Ein derartiger Temperaturwächter ist aus der DE-OS-41 42 716
bekannt.
Der bekannte Temperaturwächter umfaßt ein bei Übertemperatur
oder Überstrom öffnendes Bimetall-Schaltwerk, zu dem der erste
Heizwiderstand parallel und mit dem der zweite Heizwiderstand
in Reihe geschaltet ist.
Ein aus der DE-OS-43 36 564 bekannter Temperaturwächter umfaßt
eine mit leitenden und isolierenden Beschichtungen versehene
Keramikträgerplatte, auf der ein gekapseltes Bimetall-Schaltwerk
angeordnet ist, neben dem ein Kaltleiterbaustein sitzt, der
elektrisch parallel zu dem Bimetall-Schaltwerk geschaltet ist
und als erster Heizwiderstand wirkt. Auf der Keramikträgerplatte
ist weiter ein Dickschichtwiderstand angeordnet, der unter das
Bimetall-Schaltwerk führt und mit diesem in Reihe geschaltet
ist. Der Vorwiderstand dient hier jedoch nicht dem Schutz vor
Überstrom, sondern zur Einstellung des Schaltpunktes.
Aufgabe dieser bekannten Temperaturwächter ist es, den Stromfluß
durch den elektrischen Verbraucher zu unterbrechen, wenn dieser
Verbraucher eine zu hohe Temperatur aufweist, oder ggf. auch
dann, wenn der Strom durch den Verbraucher zu hohe Werte
aufweist. Zu diesem Zweck wird der bekannte Temperaturwächter
in Reihe zu dem Verbraucher geschaltet, so daß der Temperatur
wächter von dem durch den Verbraucher fließenden Strom durch
flossen wird, wobei das Bimetall-Schaltwerk bei Temperaturen
unterhalb der Ansprechtemperatur und/oder bei Strömen unterhalb
des Ansprechstromes geschlossen ist.
Der Betriebsstrom des Verbrauchers fließt über den in Reihe
geschalteten zweiten Heizwiderstand von einigen Ohm sowie über
die geschlossenen Kontakte des Bimetall-Schaltwerkes, das den
ersten Heizwiderstand überbrückt. Überschreitet die Temperatur
des Verbrauchers jetzt einen vorgegebenen Grenzwert, so öffnet
das in thermischem Kontakt mit dem Verbraucher stehende
Bimetall-Schaltwerk plötzlich seine Kontakte, indem eine
Bimetall-Schnappscheibe im Inneren des Bimetall-Schaltwerkes umspringt.
Der Strom fließt nunmehr über den in Reihe geschalteten Heiz
widerstand sowie über den zweiten Heizwiderstand, der einen
so großen Widerstand aufweist, daß der Strom sehr viel geringer
ist als der ursprüngliche Betriebsstrom, so daß der Verbraucher
quasi abgeschaltet ist. Infolge der Kaltleitercharakteristik
des zweiten Heizwiderstandes bei dem Temperaturwächter aus der
DE-OS-43 36 564 geht der Strom mit der Aufheizung dieses
Heizwiderstandes weiter zurück. Durch die Wärmestrahlung und/oder
-leitung von diesem Heizwiderstand wird die Bimetall-Schnapp
scheibe weiter so aufgeheizt, daß sie selbsthaltend in ihrer
Stellung mit geöffneten Kontakten verbleibt. Auf diese Weise
wird verhindert, daß bei einer Abkühlung des infolge von
Übertemperatur abgeschalteten Verbrauchers eine automatische
Widereinschaltung erfolgt, was zu einem sogenannten Kontakt
flattern mit periodischem Wiederein- und Wiederausschalten führen
könnte und in der Regel unerwünscht ist.
Erreicht dagegen nicht die Temperatur sondern der Strom durch
den Verbraucher und damit durch das Bimetall-Schaltwerk einen
vorgegebenen Grenzwert, so heizt sich der in Reihe geschaltete
Heizwiderstand gemäß der Beschreibung der DE-OS-41 42 716 so
weit auf, daß das Schaltwerk schließlich seine Ansprechtemperatur
erreicht und öffnet. Die Selbsthaltung erfolgt in diesem Falle
auf die gleiche Weise, wie es oben bereits beschrieben wurde.
Obwohl der aus der DE-OS-43 36 564 bekannte Temperaturwächter
funktionell vielen Erfordernissen genügt, ist es von Nachteil,
daß er eine relativ sperrige und große Bauweise aufweist, die
insbesondere auf die Keramik-Trägerplatte zurückzuführen ist.
Aus Gründen der Unterbringung und der Wärmekapazität werden
derartige Temperaturwächter nämlich in der Regel sehr klein
ausgeführt, sie haben bspw. einen Durchmesser von 10 mm und
eine Höhe von 5 mm, was extreme Anforderungen an die Fertigungs
genauigkeit stellt und zugleich die Notwendigkeit einfacher
und dabei funktionssicherer Konstruktionen begründet.
Aus der gattungsbildenden DE-OS-41 42 716 ist in derartiger
Miniaturausführung ein Temperaturwächter mit Selbsthaltung durch
parallel geschalteten Heizwiderstand und auf kleinstem Raum
integriertem, in Reihe geschaltetem Heizwiderstand bekannt,
der für eine Stromüberwachung sorgt. Der Vorwiderstand ist als
Ätz- oder Stanzteil bzw. als mit einem Widerstand bedruckte
Folie in unmittelbarer Nähe sowie in thermischem und elektrischem
Kontakt mit der Federscheibe des Bimetall-Schaltwerkes derart
angeordnet, daß er unten im Bodenteil des Gehäuses zum Liegen
kommt.
Neben dem aufwendigen Zusammenbau des bekannten Temperatur
wächters ist weiter von Nachteil, daß die hier als Heiz
widerstände verwendeten Ätz- oder Stanzteile hinsichtlich des
Widerstandswertes nicht allzu genau und nur für einen kleinen
Widerstandsbereich gefertigt werden können. Es ist ein zusätz
liches Isolierbauteil zwischen dem Gehäuseboden und dem Heiz
widerstand und aus Gründen der Widerstandseinstellung meistens
ein zusätzlicher, außen aufgesetzter weiterer hochohmiger
Widerstand in Reihe zu dem erwähnten Vorwiderstand erforderlich,
was insgesamt den Fertigungsaufwand und auch die Außenabmessungen
vergrößert.
Bei bekannten Temperaturwächtern sind die beiden Heizwiderstände
bei in Ruhe befindlichem Bimetall-Schaltwerk entweder zueinander
in Reihe oder parallel zueinander geschaltet, so daß die
Wärmeausbringung beider Widerstände bei der Einstellung des
Schaltverhaltens berücksichtigt werden muß. Bei abweichenden
Bedingungen müssen oft beide Widerstände neu dimensioniert
werden, so daß für die Fertigung zwei neue Bauteile erforderlich
sind. Dies hat die üblichen Nachteile bei der Vorratshaltung
etc.
Bei den bekannten Temperaturwächtern wird es häufig weiter als
Nachteil empfunden, daß eine feste Widerstandsstrecke zwischen
den beiden Anschlüssen des Temperaturwächters vorhanden ist,
so daß auch bei defektem Bimetall-Schaltwerk z. B. infolge
starker Korrosion immer noch ein Strom durch den Temperatur
wächter fließt. Auf diese Weise kann es im Langzeiteinsatz der
Temperaturwächter vorkommen, daß der Anwender von der trüge
rischen Sicherheit ausgeht, daß der Temperaturwächter noch
einsatzbereit ist, während dies durch Korrosion oder ähnliche
auch mechanische Einwirkungen längst nicht mehr der Fall ist.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen völlig neuen, leicht an unterschiedliche Anforderungen
anzupassenden Temperaturwächter zu schaffen, der auch einfach
aufgebaut und leicht zusammenzubauen ist, wobei zusätzlich die
Betriebszuverlässigkeit erhöht werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das
Bimetall-Schaltwerk als Umschalter ausgelegt und so mit den
beiden Heizwiderständen verschaltet ist, daß es in seinen beiden
Schaltstellungen jeweils über ein stromführendes Teil den durch
den Temperaturwächter fließenden Strom übernimmt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst. Dadurch, daß das Bimetall-Schaltwerk als
Umschalter oder Wechselschalter ausgelegt wird, wird die Richtung
des Stromflusses jetzt immer aktiv von dem Bimetall-Schaltwerk
bestimmt, der Stromfluß erfolgt immer über das Schaltwerk. Damit
werden zum einen definiertere Temperaturbedingungen erreicht,
wenn z. B. an der Federscheibe ein Widerstand vorgesehen ist,
um z. B. die Temperatur-Schaltschwelle genau einstellen zu
können.
Die völlige Abkehr von dem Prinzip des reinen Öffnens, wie es
im Stand der Technik bekannt ist, wo im geschlossenen Zustand
des Bimetall-Schaltwerkes ein Heizwiderstand überbrückt wird,
bietet darüber hinaus weitere insbesondere konstruktive Vorteile,
die im folgenden weiter ausgeführt werden sollen.
Zum Beispiel ist es möglich, zwei getrennte Heizwiderstände
vorzusehen, von denen je nach Schaltzustand jeweils einer über
das Bimetall-Schaltwerk zwischen die Anschlüsse des Temperatur
wächters geschaltet wird. Auf diese Weise können die beiden
Heizwiderstände getrennt dimensioniert werden, so daß bei
Änderungen hinsichtlich der Stromempfindlichkeit oder der zur
Selbsthaltung führenden Stromstärke jeweils nur eines der beiden
Widerstandsbauteile verändert und in der Fertigung ausgetauscht
werden muß.
Die beiden Heizwiderstände können dabei auch nach Art eines
Potentiometers mit Mittenabgriff durch einen einzigen Widerstand
realisiert werden, so daß nur ein einziges Bauteil verwendet
wird, um sowohl die Selbsthaltefunktion als auch die Strom
empfindlichkeit zu realisieren. Bei geänderten Anforderungen
muß dann auch nur dieses eine Bauteil ausgetauscht werden.
Ein weiterer Vorteil des neuen Temperaturwächters liegt darin,
daß bei einer Zerstörung oder Beschädigung des stromführenden
Teiles bspw. durch Korrosion oder mechanische Einwirkungen kein
Strom mehr durch den Temperaturwächter fließen kann, so daß
die im Stand der Technik auftretenden Nachteile vermieden werden.
Da das Bimetall-Schaltwerk als Umschalter wirkt, gibt es
konstruktionsbedingt eine kurze Unterbrechung im Stromfluß
während dieses Schaltvorganges. Je nach der eingestellten
Schaltgeschwindigkeit des Bimetall-Schaltwerkes kann es entweder
zu unmerklich kurzen oder aber zu gewollt längeren Stromunter
brechungen kommen, die z. B. in dem zu schützenden Verbraucher
zum Zurücksetzen in einen fehlerfreien Betriebszustand ausgenutzt
werden können. Beim Stand der Technik konnten diese Maßnahmen
nur mit rein öffnenden Temperaturwächtern, also ohne Selbsthalte
funktion und Stromempfindlichkeit realisiert werden, weil die
ständige hochohmige Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen
des Temperaturwächters keine kurzfristige Stromunterbrechung
zuläßt. Bei dem neuen Temperaturwächter kann dagegen diese
kurzzeitige Stromunterbrechung erreicht werden, obwohl nicht
nur die Selbsthaltefunktion sondern auch die Stromempfindlichkeit
realisiert werden können.
Der neue Temperaturwächter stellt damit aufgrund seines völlig
neuen Funktionsprinzipes allgemein eine Bereicherung der Technik
dar, weil sich völlig neue Einsatzbereiche für diesen Temperatur
wächter ergeben.
In Ausführungsbeispielen des neuen Temperaturwächters ist es
also bevorzugt, wenn das Bimetall-Schaltwerk je nach Schalt
zustand über ein stromführendes Teil mit dem einen oder dem
anderen der zwei Heizwiderstände in Reihe zwischen Anschlüsse
des Temperaturwächters geschaltet ist, wenn in einem der beiden
Schaltzustände beide Heizwiderstände in Reihe zwischen die
Anschlüsse des Temperaturwächters geschaltet sind und wenn ggf.
die beiden Heizwiderstände durch einen einzigen Widerstand mit
Mittenabgriff realisiert.
Diese Maßnahmen sind vorteilhafte Kombinationen, wie die beiden
Heizwiderstände technisch realisiert werden können.
Insgesamt ist es bevorzugt, wenn das Bimetall-Schaltwerk als
stromführendes Teil eine einseitig eingespannte Schaltzunge
vorzugsweise aus Bimetall aufweist, die an ihrem freien Ende
einen beweglichen Umschaltkontakt trägt, dem in jeder Schalt
stellung des Bimetall-Schaltwerkes je ein fester Schaltkontakt
zugeordnet ist.
Hier ist von Vorteil, daß ein relativ einfach aufgebauter
Temperaturwächter geschaffen wird, bei dem die Schaltzunge durch
die Temperatur, die in dem Inneren des Temperaturwächters
herrscht, zwischen ihre beiden Schaltstellungen hin und her
schaltet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es dann bevorzugt, wenn die
Schaltzunge an ihrem eingespannten Ende über den zweiten
Heizwiderstand mit einem ersten Anschluß, der erste Schaltkontakt
unmittelbar mit einem zweiten Anschluß und der zweite Schalt
kontakt über den ersten Heizwiderstand mit dem zweiten Anschluß
des Temperaturwächters verbunden sind.
Hier ist von Vorteil, daß sich mit sehr geringem konstruktiven
Aufwand ein Temperaturwächter schaffen läßt, der das neue
Funktionsprinzip verwendet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, wenn
das Bimetall-Schaltwerk einen mit einem ersten Anschluß des
Temperaturwächters verbundenen ersten festen Schaltkontakt,
einen mit einem zweiten Anschluß des Temperaturwächters verbun
denen zweiten festen Schaltkontakt sowie einen den festen
Schaltkontakten zugeordneten beweglichen Schaltkontakt umfaßt,
der von einer durch eine Bimetall-Schnappscheibe bewegbaren
Federscheibe getragen wird und mit dieser in leitender Verbindung
ist.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß ein weiteres Aus
führungsbeispiel des neuen Temperaturwächter-Konzeptes geschaffen
wird, bei dem der Stromfluß jedoch nicht über die
Bimetall-Schnappscheibe sondern über die Federscheibe erfolgt, so daß
die Bimetall-Schnappscheibe durch den Strom selbst nicht
beeinflußt wird. Die festen Schaltkontakte können dabei entweder
direkt oder über Heizwiderstände mit den Anschlüssen des
Temperaturwächters verbunden sein, wobei der Rand der Feder
scheibe entweder fest eingespannt oder aber je nach Schaltzustand
über Heizwiderstände mit den Anschlüssen verbunden sein kann.
Von den Heizwiderständen kann dabei z. B. einer am Deckel und
der andere am Gehäuseboden angeordnet sein.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn die Federscheibe
an ihrem Rand lose geführt wird und in ihrer ersten Schalt
stellung mit dem zweiten Anschluß sowie in ihrer zweiten
Schaltstellung mit dem ersten Anschluß des Temperaturwächters
direkt oder über einen der zwei Heizwiderstände verbunden ist,
wobei vorzugsweise der erste Schaltkontakt unmittelbar mit dem
ersten Anschluß und der zweite Schaltkontakt über den ersten
Heizwiderstand mit dem zweiten Anschluß verbunden ist und die
Federscheibe mit ihrem Rand je nach Schaltstellung über den
zweiten Heizwiderstand mit dem zweiten Anschluß oder unmittelbar
mit dem ersten Schaltkontakt verbunden ist.
Hier ist von Vorteil, daß auf konstruktiv sehr einfache Weise
die Umschaltung dadurch erreicht wird, daß sowohl der bewegliche
Schaltkontakt als auch der Rand der stromführenden Federscheibe
je nach Schaltstellung ein anderes Teil des Temperaturwächters
kontaktieren. Auf diese überraschend einfache Weise ist es
möglich, ohne große konstruktive Änderungen an bestehenden
Temperaturwächtern die Umschaltfunktion zu realisieren.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der bewegliche Schaltkontakt die
Bimetall-Schnappscheibe und die Federscheibe etwa zentrisch
durchsetzt und nach Art eines zweiköpfigen Nietes miteinander
unverlierbar verbindet.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß das Bimetall-Schaltwerk
sozusagen vormontiert werden kann, so daß der Zusammenbau des
gesamten Temperaturwächters auch von ungeübten Kräften oder
maschinell erfolgen kann.
Insgesamt ist es bei einem derartigen Temperaturwächter bevor
zugt, wenn er ein das Bimetall-Schaltwerk aufnehmendes Gehäuse
mit einem von einem Deckelteil verschlossenen topfartigen
Unterteil umfaßt, wobei zumindest das Unterteil aus elektrisch
leitfähigem Material gefertigt ist und unter dem
Bimetall-Schaltwerk am Boden des Unterteiles die zwei Heizwiderstände
angeordnet sind.
Hier ist von Vorteil, daß ein sogenannter gekapselter Temperatur
wächter geschaffen wird, der gegenüber Umgebungseinflüssen sehr
unempfindlich ist, da z. B. keine Feuchtigkeit in ihn eindringen
kann. Die beiden Heizwiderstände können dabei entweder unmittel
bar auf dem Boden oder auf einem auf dem Boden liegenden Träger
ausgebildet werden, wobei es auch möglich ist, einen Heiz
widerstand innen und den anderen außen vorzusehen.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn in das Unterteil ein Trägerteil
eingelegt ist, auf dem die zwei Heizwiderstände vorzugsweise
in Dickschichttechnik ausgebildet sind.
Mit dieser Maßnahme sind eine ganze Reihe von Vorteilen verbun
den. Zum einen wird auf diese Weise auch der für die Selbst
haltung vorgesehene Widerstand in preiswerter Dickschichttechnik
ausgeführt, so daß auf den im Stand der Technik häufig verwen
deten PTC-Widerstand verzichtet werden kann. Ferner sind die
beiden Heizwiderstände als ein einziges Bauteil ausgebildet,
so daß sich die Montage auch für solche Temperaturwächter, bei
denen eine Selbsthaltefunktion und eine Überstromempfindlichkeit
gewünscht wird, sehr stark vereinfacht. Schließlich ist diese
Maßnahme auch vor dem Hintergrund der Lagerhaltung von Vorteil,
denn für verschiedene Kombinationen von Heizwiderständen ist
jeweils nur eine Trägerscheibe mit entsprechenden Widerstände
vorzusehen, so daß sich die Lagerhaltung bezüglich der zu
bevorratenden Teile halbiert.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die beiden Heizwiderstände in
Reihe geschaltet sind, das freie Ende eines Heizwiderstandes
mit dem zweiten Schaltkontakt verbunden ist, der gemeinsame
Anschluß beider Heizwiderstände mit dem zweiten Anschluß
verbunden ist und das freie Ende des anderen Heizwiderstandes
mit einem elektrisch leitenden Vorsprung verbunden ist, auf
dem sich der Rand der Federscheibe in deren erster Schaltstellung
abstützt.
Dies ist eine weitere leicht zu realisierende Schaltungsvariante
für den neuen Temperaturwächter, die die oben genannten Vorteile
in sich vereinigt.
Dabei ist es dann auch bevorzugt, wenn das Deckelteil aus
elektrisch leitfähigem Material gefertigt sowie gegenüber dem
Unterteil elektrisch isoliert und der erste feste Schaltkontakt
an dem Deckel angeordnet ist, wobei sich die Federscheibe in
ihrer zweiten Schaltstellung ggf. über ein elektrisch leitendes
Abstandsstück mit ihrem Rand unten am Deckel abstützt.
Hier ist von Vorteil, daß sich vom Prinzip her übliche gekapselte
Temperaturwächter so umkonstruieren lassen, daß sie das neue
Schaltprinzip erfüllen. Dazu ist es lediglich erforderlich,
ein oben bereits beschriebenes Bimetall-Schaltwerk zu verwenden,
unter dem die die beiden Heizwiderstände tragende Trägerplatte
angeordnet wird. Bei der üblichen Funktion der Bimetall-Schnapp
scheibe im Zusammenwirken mit der Federscheibe stützt sich
nämlich die letztere in ihrer Ruhestellung am Boden des Gehäuses
ab und drückt dabei den beweglichen Schaltkontakt gegen den
ersten festen Schaltkontakt. Bei Erhöhung der Temperatur schnappt
die Bimetall-Schnappscheibe um, woraufhin auch die Federscheibe
ihre konvexe in eine konkave Form ändert und sich jetzt an der
Unterseite des Deckelteiles abstützt, wobei sie jetzt mit ihrem
mittleren Bereich auf den Boden des Gehäuses drückt. Durch die
beschriebenen neuen Maßnahmen stellt die Federscheibe auch jetzt
eine leitende Verbindung her, nämlich zwischen dem zweiten festen
Schaltkontakt auf dem Boden des Gehäuses und dem Rand des
Deckelteiles.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Unterteil ein Tiefziehteil
oder Stanzteil aus elektrisch leitendem Material ist und einer
oder beide der zwei Heizwiderstände vor bzw. nach dem Tiefziehen
oder Stanzen auf dem Boden des Unterteiles ausgebildet werden.
Für das Deckelteil ist es ebenfalls bevorzugt, wenn es ein
Tiefziehteil oder Stanzteil aus elektrisch leitendem Material
ist, wobei einer oder beide der Heizwiderstände vor bzw. nach
dem Tiefziehen oder Stanzen auch an dem Deckelteil ausgebildet
werden können.
Durch diese Maßnahmen können auf vorteilhaft einfache Weise
weitere Fertigungsschritte gespart werden, da es nicht mehr
erforderlich ist, die Heizwiderstände als gesonderte Teile
vorzusehen. Die Heizwiderstände werden vielmehr vor oder nach
der endgültigen Fertigung von Deckelteil und Unterteil des
Gehäuses auf die jeweilige plane Fläche z. B. in Dickschicht
technik unter Zwischenlage einer Isolierschicht aufgebracht.
Im weiteren Verlauf des Zusammenbaus des neuen Temperaturwächters
muß dann nur noch das ggf. ebenfalls vormontierte
Bimetall-Schaltwerk in das Gehäuseunterteil eingelegt und dann unter
Zwischenlage einer Isolierschicht das Deckelteil auf das
Unterteil aufgesetzt und diese dann miteinander z. B. durch
Crimpen verbunden werden.
Die zuletzt genannten Maßnahmen sind also insbesondere im
Zusammenhang mit einer preiswerten und verläßlichen ggf. auch
automatisierbaren Endmontage des neuen Temperaturwächters von
Vorteil.
Bei einem wie oben beschriebenen Temperaturwächter kann jetzt
wahlweise der erste Heizwiderstand durch ein Isolierteil und/oder
der zweite Heizwiderstand durch ein Kurzschlußteil ersetzt
werden, so daß bei ansonsten gleichem konstruktivem Aufbau der
Temperaturwächter wahlweise die Funktion Übertemperaturschutz
und ggf. Überstromschutz und/oder Selbsthaltung aufweist. Damit
wird eine Art modulare Baukastenweise für den neuen Temperatur
wächter geschaffen, die insbesondere dann Vorteile bringt, wenn
die beiden Heizwiderstände auf der Trägerscheibe angeordnet
sind, weil dann nur unterschiedliche Trägerscheiben verwendet
werden müssen, um dem ansonsten in seinem Aufbau nicht verän
derten Temperaturwächter unterschiedliche Funktionen mitzugeben.
Diese Maßnahme ist aber auch von Vorteil, wenn der Temperatur
wächter eine Bimetall-Schaltzunge aufweist, denn dann können
die beiden Heizwiderstände wahlweise durch entsprechende Isolier-
oder Kurzschlußteile ersetzt werden, die die gleichen geome
trischen Abmaße haben. Da es sich bei einem derartigen, häufig
offenen Temperaturwächter um ein sehr einfaches Bauteil handelt,
ist die erhöhte Lagerhaltung von mehreren unterschiedlichen
Teilen vertretbar, die Kosten werden dadurch nur unmerklich
erhöht. Da aber der gesamte Zusammenbau und sämtliche anderen
Konstruktionsteile des neuen Temperaturwächters unverändert
bleiben, ist die Endmontage derartiger neuer Temperaturwächter
sehr einfach und automatisierbar durchzuführen, so daß sich
die Herstellungskosten insgesamt stark senken lassen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmal nicht nur in den jeweils
angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch den neuen Temperaturwächter,
wobei sich das Bimetall-Schaltwerk in seiner ersten
Schaltstellung befindet;
Fig. 2 eine Darstellung wie Fig. 1, wobei das
Bimetall-Schaltwerk jedoch geschaltet hat;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den die Heizwiderstände tragenden
Träger für den Temperaturwächter aus den Fig. 1 und
2;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des in den Fig. 1 bis 3 darge
stellten Temperaturwächters;
Fig. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild für ein alternatives
Ausführungsbeispiel zu dem Temperaturwächter aus den
Fig. 1 bis 4;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Temperatur
wächters, bei dem eine Bimetall-Schaltzunge verwendet
wird; und
Fig. 7 ein elektrisches Ersatzschaltbild für den Temperatur
wächter nach Fig. 6.
In Fig. 1 ist mit 10 ein neuer Temperaturwächter bezeichnet,
der ein Gehäuse 12 umfaßt, das ein Unterteil 13 und ein dieses
verschließendes Deckelteil 14 aufweist. In dem Inneren des
Temperaturwächters 10 ist ein im Querschnitt T-förmiger Isolier
ring 15 vorgesehen, der sich innen seitlich an das Unterteil
13 anlehnt. Etwa mittig erstreckt sich von dem Isolierring 15
nach innen ein Steg 16, auf dem oben das Deckelteil 14 aufliegt.
Auf dem Deckelteil 14 ist eine Art Isolierkappe 17 angeordnet,
die über einen hochstehenden und umgecrimpten Rand 18 des
Unterteiles 13 auf das Deckelteil 14 gedrückt wird. Auf diese
Weise ist das Deckelteil 14 gegenüber dem Unterteil 13 isoliert
und dennoch fest in diesem aufgenommen.
Unterhalb des Deckelteiles 14 ist ein Bimetall-Schaltwerk 21
angeordnet, das eine Federscheibe 22 umfaßt, die einen beweg
lichen Schaltkontakt 23 trägt. Dem Schaltkontakt 23 ist ein
erster fester Schaltkontakt 24 an der Unterseite des Deckelteiles
14 sowie ein zweiter fester Schaltkontakt 25 zugeordnet, der
auf einem Trägerteil 26 angeordnet ist, das unten in dem
Unterteil 13 liegt.
Auf dem Trägerteil 26 ist ein Kontaktring 27 vorgesehen, auf
dem die Federscheibe 23 mit ihrem äußeren Rand 28 aufliegt.
Oberhalb der Federscheibe 22 befindet sich eine
Bimetall-Schnappscheibe 29, deren Rand zwischen dem Steg 16 und dem
Deckelteil 14 liegt.
Der bewegliche Schaltkontakt 23 ist nach Art eines Nietes 31
ausgebildet und hält die Federscheibe 22 sowie die
Bimetall-Schnappscheibe 29 wie folgt zusammen:
Der Niet 31 weist einen Hals 32 auf, auf dem ein im Querschnitt
T-förmiger Ring 33 angeordnet ist. Zwischen einem oberen Kopf
34 des Nietes 31 und einem Steg 35 des Ringes 33 ist die
Bimetall-Schnappscheibe 29 gehalten, während auf der anderen
Seite des Steges 35 die Federscheibe 22 zwischen dem Steg 35
und einer Unterleg-Scheibe 36 lose gehalten ist, an die sich
ein unterer Kopf 37 des Nietes 31 anschließt.
Auf diese Weise ist das Bimetall-Schaltwerk 21 aus unverlierbaren
Teilen vorgefertigt, so daß es bei der Montage des Temperatur
wächters 10 als Ganzes in das Unterteil 13 eingesetzt werden
kann.
Im Bereich des lose geführten Randes 28 ist zwischen der
Federscheibe 22 und der Bimetall-Schnappscheibe 29 noch ein
elektrisch leitender Distanzring 38 angeordnet.
In Fig. 1 ist ferner zu sehen, daß ein erster Anschluß 41 des
Temperaturwächters in Form einer Litze 42 an dem Deckelteil
14 angelötet ist, während ein zweiter Anschluß 43 in Form einer
Litze 44 über den Rand 18 mit dem Unterteil 13 in Verbindung
steht.
In Fig. 1 ist der Temperaturwächter 10 bei einer Temperatur
unterhalb der Schalttemperatur des Bimetall-Schaltwerkes 21
gezeigt. Der Stromfluß durch den Temperaturwächter 10 erfolgt
von dem ersten Anschluß 41 über das Deckelteil 14 und den ersten
festen Schaltkontakt 24 auf den beweglichen Schaltkontakt 23,
von dort über die Federscheibe 22 zu dem Kontaktring 27. Von
dem Kontaktring 27 gelangt der Strom in in Fig. 1 nicht näher
dargestellte Widerstände auf dem Trägerteil 26, das wiederum
elektrisch leitend mit dem Unterteil 13 verbunden ist, von wo
der Strom dann zu dem zweiten Anschluß 43 fließt.
Bei Erhöhung der Umgebungstemperatur oder bei zu hohem Stromfluß
durch den Temperaturwächter 10 schaltet das Bimetall-Schaltwerk
in die in Fig. 2 gezeigte Schaltstellung. Es ist zu erkennen,
daß sich die Bimetall-Schnappscheibe 29 nun mit ihrem Rand an
einem äußeren unteren Rand 45 des Deckelteiles 14 abstützt,
während der bewegliche Schaltkontakt 23 nun auf dem zweiten
festen Schaltkontakt 25 aufliegt. Ferner ist zu erkennen, daß
die Federscheibe 22 ebenfalls umgeschnappt ist und nunmehr keine
elektrisch leitende Verbindung mit dem Kontaktring 27 mehr
aufweist. Über den Distanzring 38 ist die Federscheibe 22 jetzt
vielmehr mit dem Rand 45 des Deckelteiles 14 verbunden.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei angemerkt, daß die
relative Lage von Federscheibe 22 und Bimetall-Schnappscheibe
29 auch vertauscht werden können, daß also die Federscheibe
22 oberhalb der Bimetall-Schnappscheibe 29 liegt, ohne daß die
Funktion des Bimetall-Schaltwerkes 21 beeinträchtigt wird.
Der Stromfluß durch den Temperaturwächter 10 erfolgt jetzt von
dem Anschluß 41 über das Deckelteil 14 und den Rand 45 in die
Federscheibe 22 und von dort über den beweglichen Schaltkontakt
23 zu dem festen Schaltkontakt 25 auf dem Trägerteil 26, das
in dem Unterteil 13 am Boden 46 angeordnet ist.
In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf diese Trägerscheibe 26 gezeigt,
die vorzugsweise aus einer Keramikscheibe 47, z. B. aus Al₂O₃
oder einem anderen Material besteht. Auf der Keramikscheibe
47 ist ein Dickschicht-Widerstand 48 angeordnet, der sich
spiralförmig zwischen dem festen Schaltkontakt 25 und einer
kreisförmigen Kontaktbahn 49 oder einem äußeren Vorsprung 50
erstreckt. Etwa mittig ist der Dickschicht-Widerstand 48 mit
einer Durchkontaktierung 51 versehen, die zu der Unterseite
des Trägerteiles 26 führt und dort einen elektrisch leitenden
Kontakt zu dem Boden 46 des Unterteiles 13 herstellt.
Auf diese Weise ist der Dickschicht-Widerstand 48 in zwei
Widerstände aufgeteilt, nämlich in einen ersten Heizwiderstand
43 zwischen dem festen Schaltkontakt 25 und der Durch
kontaktierung 41 sowie einen zweiten Heizwiderstand 54 zwischen
der Durchkontaktierung 51 und der Kontaktbahn 49. Die Durch
kontaktierung 51 wirkt also wie eine Art Mittenabgriff 55, der
den Dickschicht-Widerstand 48 in einen für die Selbsthalte
funktion vorgesehenen Haltewiderstand RH mit dem Bezugszeichen
53 sowie einen für die Stromempfindlichkeit vorgesehenen
Vorwiderstand RV mit dem Bezugszeichen 54 aufteilt.
Der Vorwiderstand RV ist an seinem freien Ende 56 mit dem
Vorsprung 50 verbunden, während der Heizwiderstand RH an seinem
freien Ende 47 mit dem Schaltkontakt 25 verbunden ist.
In Fig. 4 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des insoweit
beschriebenen Temperaturwächters 10 dargestellt. Es ist zu
erkennen, daß die Federscheibe 22 wie eine Art Umschalter oder
Wechselschalter wirkt, der einmal den Vorwiderstand 54 zwischen
die beiden Anschlüsse 41 und 43 schaltet und bei Erhöhung der
Temperatur eine Bewegung in Richtung der Pfeile 58 durchführt
und damit dann den Heizwiderstand 53 zwischen die Anschlüsse
41 und 43 schaltet. Mit anderen Worten, je nach Schaltzustand
des Bimetall-Schaltwerkes 21 ist entweder nur der Heizwiderstand
54 oder der Heizwiderstand 53 zwischen die beiden Anschlüsse
41 und 43 geschaltet. Wie die Stromempfindlichkeit und die
Selbsthaltefunktion durch die Heizwiderstände 53, 54 bewirkt
wird, wurde eingangs bereits ausführlich erläutert, so daß zur
Vermeidung von Wiederholungen auf diesen Beschreibungsteil
verwiesen wird.
Da beide Heizwiderstände 53, 54 auf dem Trägerteil 26 ausgebildet
sind, muß nur dieses Trägerteil 26 ausgewechselt werden, wenn
andere Widerstandswerte für die Heizwiderstände 53, 54 gewünscht
werden. Alternativ ist es auch möglich, die Heizwiderstände
53, 54 unmittelbar auf dem Boden 46 des Unterteiles 13 auszu
bilden, das z. B. ein Tiefzieh- oder Stanzteil 59 sein kann
(siehe Fig. 2).
Bei Verwendung des Trägerteiles 26 ist es auch möglich, den
Heizwiderstand 53 durch ein Isolierteil 63 und/oder den Heiz
widerstand 54 durch ein Kurzschlußteil 64 zu ersetzen, so daß
der Temperaturwächter 10 keine Selbsthaltefunktion und/oder
keine Überstromempfindlichkeit aufweist. Insgesamt sind also
vier unterschiedlich bestückte Trägerteile 26 erforderlich,
um alle vier Varianten des Temperaturwächters 10, nämlich reiner
Übertemperaturschutz, Übertemperaturschutz mit Selbsthalte
funktion, Übertemperaturschutz mit Stromempfindlichkeit sowie
Übertemperaturschutz mit Selbsthaltefunktion und Stromempfind
lichkeit zu schaffen. Der Montageweg und sämtliche andere Teile
des neuen Temperaturwächters 10 müssen nicht geändert werden.
In Fig. 5 ist ein ähnliches Ersatzschaltbild wie in Fig. 4
dargestellt, jedoch für ein abgeändertes Ausführungsbeispiel
des neuen Temperaturwächters 10. Während der Vorwiderstand 54
weiterhin am Boden 46 in dem Unterteil 13 ausgebildet ist,
befindet sich der für die Selbsthaltefunktion zuständige
Heizwiderstand 53 jetzt am Deckelteil 14. Hier kann es möglich
sein, das Deckelteil von innen mit einem Dickschichtwiderstand
zu versehen, der sich zwischen dem Rand 45 und dem festen
Schaltkontakt 24 erstreckt. Es ist aber auch möglich, das
Deckelteil aus einer PTC-Keramik zu fertigen, so daß es selbst
schon den erforderlichen Widerstand aufweist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es natürlich möglich,
die Heizwiderstände 53, 54 durch ein Isolierteil 63 bzw. ein
Kurzschlußteil 64 zu ersetzen.
In Fig. 6 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem
Querschnitt ein sogenannter offener Temperaturwächter 71 gezeigt,
der ein schematisch bei 72 angedeutetes Kunststoffgerüst als
tragendes Gehäuseteil aufweist. In Fig. 6 sind vergleichbare
Konstruktionsmerkmale mit den Bezugszeichen gemäß den Fig. 1
bis 5 gekennzeichnet, um das Verständnis der Konstruktion zu
erleichtern.
An dem Gerüst 72 sind die beiden Anschlüsse 41 und 43 in Form
von Laschen angeordnet, die geeignet an dem Gerüst 72 befestigt
sind. In dem Gerüst 72 ist ferner eine einseitig eingespannte
Schaltzunge 73 aus Bimetall angeordnet, die an ihrem einge
spannten Ende 74 über den zweiten Heizwiderstand 54 mit dem
ersten Anschluß 41 verbunden ist.
An ihrem freien Ende 75 trägt die Schaltzunge 73 den beweglichen
Schaltkontakt 23, dem der erste Schaltkontakt 24 sowie der zweite
Schaltkontakt 25 zugeordnet sind. Der erste Schaltkontakt 24
ist unmittelbar mit dem zweiten Anschluß 43 verbunden, während
der zweite Schaltkontakt 25 über den ersten Heizwiderstand 53
mit dem Anschluß 43 verbunden ist.
In Fig. 7 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Temperatur
wächters 71 aus Fig. 6 gezeigt. Es ist zu erkennen, daß bei
diesem Ausführungsbeispiel der Vorwiderstand RV entweder allein
oder in Reihe mit dem Heizwiderstand RH zwischen die beiden
Anschlüsse 41 und 43 geschaltet ist. Die Schaltzunge 73 übernimmt
dabei den jeweils fließenden Strom, wobei sie entweder eine
Verbindung zu dem ersten Schaltkontakt 24 oder zu dem zweiten
Schaltkontakt 25 herstellt.
Auch bei diesem Temperaturwächter 71 ist es selbstverständlich
wieder möglich, die Heizwiderstände 53, 54 durch ein Isolatorteil
63 bzw. ein Kurzschlußteil 64 zu ersetzen, so daß auch hier
das modulare Baukastenprinzip zum Tragen kommt.
Claims (18)
1. Temperaturwächter mit einem zum Schutz eines Verbrauchers
bei Übertemperatur schaltenden Bimetall-Schaltwerk (21),
einem dem Bimetall-Schaltwerk (21) zugeordneten ersten
Heizwiderstand (53, RH), der bei betätigtem
Bimetall-Schaltwerk (21) im Sinne einer Selbsthaltefunktion wirkt,
und einem dem Bimetall-Schaltwerk (21) zugeordneten zweiten
Heizwiderstand (54, RV), der bei zu hohem Stromfluß durch
den Temperaturwächter (10) derart wirkt, daß das
Bimetall-Schaltwerk (21) schaltet, um so den Verbraucher vor
Überstrom zu schützen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall-Schaltwerk als
Umschalter ausgelegt und so mit den beiden Heizwiderständen
(53, 54) verschaltet ist, daß es in seinen beiden Schalt
stellungen jeweils über ein stromführendes Teil (22, 73)
den durch den Temperaturwächter (10) fließenden Strom
übernimmt.
2. Temperaturwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bimetall-Schaltwerk (21) je nach Schaltzustand
über ein stromführendes Teil (22, 73) mit dem einen oder
dem anderen der zwei Heizwiderstände (53, 54) in Reihe
zwischen Anschlüsse (41, 43) des Temperaturwächters
geschaltet ist.
3. Temperaturwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bimetall-Schaltwerk (21) je nach Schaltzustand
über ein stromführendes Teil (22, 73) mit einem oder mit
beiden der zwei Heizwiderstände (53, 54) in Reihe zwischen
Anschlüsse (41, 43) des Temperaturwächters (10) geschaltet
ist.
4. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwei Heizwiderstände (53, 54) durch
einen einzigen Widerstand (48) mit Mittenabgriff (45)
realisiert sind.
5. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bimetall-Schaltwerk als strom
führendes Teil eine einseitig eingespannte Schaltzunge
(73) aufweist, die an ihrem freien Ende (75) einen beweg
lichen Schaltkontakt (23) trägt, dem in jeder Schaltstellung
des Bimetall-Schaltwerkes (21) je ein fester Schaltkontakt
(24, 25) zugeordnet ist.
6. Temperaturwächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltzunge (73) eine Schaltzunge (73) aus Bimetall
ist.
7. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (73) an ihrem einge
spannten Ende (74) über den zweiten Heizwiderstand (54)
mit einem ersten Anschluß (41), der erste Schaltkontakt
(24) unmittelbar mit einem zweiten Anschluß (43) und der
zweite Schaltkontakt (25) über den ersten Heizwiderstand
(53) mit dem zweiten Anschluß (43) des Temperaturwächters
(10) verbunden sind.
8. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bimetall-Schaltwerk (21) einen
mit einem ersten Anschluß (41) des Temperaturwächters (10)
verbundenen ersten festen Schaltkontakt (24), einen mit
einem zweiten Anschluß (43) des Temperaturwächters (10)
verbundenen zweiten festen Schaltkontakt (25) sowie einen
den festen Schaltkontakten (24, 25) zugeordneten beweglichen
Schaltkontakt (23) umfaßt, der von einer durch eine
Bimetall-Schnappscheibe (29) bewegbaren Federscheibe (22)
getragen wird und mit dieser in leitender Verbindung steht.
9. Temperaturwächter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Federscheibe (22) an ihrem Rand (28) lose geführt
wird und in ihrer ersten Schaltstellung mit dem zweiten
Anschluß (43) sowie in ihrer zweiten Schaltstellung mit
dem ersten Anschluß (41) des Temperaturwächters (10) direkt
oder über einen der zwei Heizwiderstände (53, 54) verbunden
ist.
10. Temperaturwächter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Schaltkontakt (24) unmittelbar mit dem ersten
Anschluß (41) und der zweite Schaltkontakt (25) über den
ersten Heizwiderstand (53) mit dem zweiten Anschluß (43)
verbunden ist, wobei die Federscheibe (22) mit ihrem Rand
(28) je nach Schaltstellung über den zweiten Heizwiderstand
(54) mit dem zweiten Anschluß (43) oder unmittelbar mit
dem ersten Schaltkontakt (24) verbunden ist.
11. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktteil (23) die
Bimetall-Schnappscheibe (29) und die Federscheibe (22)
etwa zentrisch durchsetzt und nach Art eines zweiköpfigen
Nietes (31) miteinander unverlierbar verbindet.
12. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß er ein das Bimetall-Schaltwerk (21)
aufnehmendes Gehäuse (12) mit einem von einem Deckelteil
(14) verschlossenen topfartigen Unterteil (13) umfaßt,
wobei zumindest das Unterteil (13) aus elektrisch leit
fähigem Material gefertigt ist und unter dem
Bimetall-Schaltwerk (21) am Boden (46) des Unterteiles (13) die
zwei Heizwiderstände (53, 54) angeordnet sind.
13. Temperaturwächter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß in das Unterteil (13) ein Trägerteil (26) eingelegt
ist, auf dem die zwei Heizwiderstände (53, 54) ausgebildet
sind.
14. Temperaturwächter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Heizwiderstände (53, 54) in Reihe geschaltet
sind, das freie Ende (57) eines Heizwiderstandes (53) mit
dem zweiten Schaltkontakt (25) verbunden ist, der gemeinsame
Anschluß (55) beider Heizwiderstände (53, 54) mit dem
zweiten Anschluß (43) verbunden ist und das freie Ende
(56) des anderen Heizwiderstandes (54) mit einem elektrisch
leitenden Vorsprung (50) verbunden ist, auf dem sich der
Rand (26) der Federscheibe (22) in deren erster Schalt
stellung abstützt.
15. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (14) aus
elektrisch leitfähigem Material gefertigt sowie gegenüber
dem Unterteil (13) elektrisch isoliert und der feste erste
Schaltkontakt (24) an dem Deckelteil (14) angeordnet ist,
wobei sich die Federscheibe (22) in ihrer zweiten Schalt
stellung ggf. über ein elektrisch leitendes Abstandsstück
(38) mit ihrem Rand (28) unten am Deckelteil (14) abstützt.
16. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (13) ein Tiefzieh
teil oder Stanzteil (59) aus elektrisch leitendem Material
ist und einer oder beide der zwei Heizwiderstände (53,
54) vor bzw. nach dem Tiefziehen oder Stanzen auf dem Boden
(46) des Unterteiles (13) ausgebildet werden.
17. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (14) ein
Tiefziehteil oder Stanzteil aus elektrisch leitendem
Material ist und einer oder beide der zwei Heizwiderstände
(53, 54) vor bzw. nach dem Tiefziehen oder Stanzen an dem
Deckelteil (14) ausgebildet werden.
18. Temperaturwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei
dem wahlweise der erste Heizwiderstand (53) durch ein
Isolierteil (63) und/oder der zweite Heizwiderstand (54)
durch ein Kurzschlußteil (64) ersetzt ist, so daß bei
ansonsten gleichem konstruktivem Aufbau der Temperatur
wächter (10) wahlweise die Funktionen Übertemperatur und
ggf. Überstromschutz und/oder Selbsthaltung aufweist.
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