DE19636640C2 - Schalter mit einem Sicherheitselement - Google Patents
Schalter mit einem SicherheitselementInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einem
bei einer Ansprechtemperatur schaltenden Schaltwerk zum Öffnen
und Schließen eines an Außenanschlüsse des Schalters anschließ
baren Schaltkreises, wobei das Schaltwerk einen mit einem
Außenanschluß elektrisch verbundenen beweglichen Kontakt umfaßt,
der in Abhängigkeit von der Temperatur eines Bimetall-Teiles
in Anlage mit einem festen Kontakt ist, der elektrisch mit dem
anderen Außenanschluß verbunden ist, wobei das Schaltwerk ein
Sicherheitselement umfaßt, das seine Form in eine Hochtemperatur
form ändert, wenn seine Temperatur eine Umwandlungstemperatur
erreicht, die oberhalb der Ansprechtemperatur liegt, und der
bewegliche Kontakt in Abhängigkeit von der Temperatur des
Sicherheitselementes in Anlage mit dem festen Kontakt ist.
Ein derartiger Schalter ist aus der DE 32 34 373 A1 bekannt.
Prinzipiell sind zwei unterschiedliche Konstruktionsvarianten
derartiger Schalter zu unterscheiden. Bei der ersten Bauform
wird der bewegliche Kontakt von einem einseitig eingespannten
Federelement gehalten, während bei der zweiten Bauform der
bewegliche Kontakt etwa mittig an einer Feder-Schnappscheibe
angeordnet ist, die frei in ein Gehäuse eingelegt ist und sich
mit ihrem Rand an einem Gehäuseteil des Schalters abstützt.
Ein Schalter gemäß zweiter Bauform ist aus der DE 43 37 141
A1 bekannt. Der bekannte Schalter umfaßt ein Gehäuseunterteil
sowie ein dieses verschließendes Deckelteil, wobei in dem
Gehäuseunterteil ein temperaturabhängiges Schaltwerk angeordnet
ist, das eine frei in das Gehäuseunterteil eingelegte Feder-
Schnappscheibe aufweist, die etwa zentrisch einen beweglichen
Kontakt trägt, über den eine Bimetall-Schnappscheibe gestülpt
ist. Die Feder-Schnappscheibe stützt sich mit ihrem Rand innen
an dem Gehäuseunterteil ab und drückt dabei den beweglichen
Kontakt gegen einen innen an dem Deckelteil vorgesehenen festen
Kontakt. Wenn die Bimetall-Schnappscheibe auf eine Temperatur
oberhalb ihrer Schalttemperatur aufgeheizt wird, schnappt sie
von ihrer konvexen in eine konkave Form um und drückt dabei
mit ihrem Zentrum den beweglichen Kontakt von dem festen Kontakt
weg, wobei sie sich mit ihrem Rand innen am Deckelteil abstützt.
Wenn der Schalter mit seinen Außenanschlüssen in einen Schalt
kreis eingeschaltet ist, so fließt bei geschlossenem Schalter
der Strom über den einen Außenanschluß durch den festen und
beweglichen Kontakt sowie das Federelement zu dem anderen
Außenanschluß. Das Federelement kann dabei entweder aus Bimetall
oder aus Federstahl gefertigt sein.
Wenn das Federelement aus Bimetall gefertigt ist, ergibt sich
eine konstruktiv sehr einfache Bauform, die jedoch ggf. den
Nachteil hat, daß sich die Schalteigenschaften des Bimetalls
durch die Stromeigenerwärmung verändern kann. Dies wird ver
hindert, wenn ein gesondertes Bimetall-Teil vorgesehen ist,
das gegen die Kraft des Federelementes arbeitet.
Derartige Schalter können sowohl als Öffner als auch als
Schließer ausgelegt sein, wobei das Bimetall-Teil oberhalb seiner
Ansprechtemperatur den beweglichen Kontakt dann entweder von
dem festen Kontakt wegdrückt oder aber in Anlage mit diesem
bringt.
Es ist weiter bekannt, derartigen Schaltern Reihen- und/oder
Parallelwiderstände zuzuordnen, um weitere Schalteigenschaften
zu erzielen. Ein parallel geschalteter Widerstand verleiht einem
bei Übertemperatur öffnenden Schalter eine Selbsthaltefunktion,
das Bimetall-Teil wird durch die in dem Widerstand erzeugte
Ohmsche Wärme auf einer Temperatur oberhalb seiner Ansprech
temperatur und damit im geöffneten Zustand gehalten.
Ein Reihenwiderstand verleiht einem damit versehenen Schalter
zusätzlich eine Stromempfindlichkeit, der durch den Schalter
fließende Strom erwärmt nämlich den Reihenwiderstand, wobei
die in diesem erzeugte Ohm'sche Wärme zu einer Erhöhung der
Temperatur des Bimetall-Teiles über die Ansprechtemperatur hinaus
und damit zum Öffnen des Schalters führt, wenn der fließende
Strom einen bestimmten Grenzwert überschritten hat.
Derartige Schalter werden z. B. mit einem zu schützenden Ver
braucher in Reihe geschaltet, um diesen vor Übertemperatur
und/oder Überstrom zu schützen. Sie finden insbesondere zum
Schutz von Elektromotoren, Transformatoren, elektrischen
Haushaltsgeräten etc. Verwendung.
Es ist bekannt, daß sich das Schaltverhalten des Bimetall-Teiles
mit der Zeit verändert, infolge der Alterung verschiebt sich
die Schalttemperatur um bis zu 30°C nach oben, was zu Sicher
heitsproblemen führen kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden,
ist es bereits bekannt, mit einem derartigen Schalter eine
gesonderte Schmelzsicherung in Reihe zu schalten, die oberhalb
der Ansprechtemperatur des Schalters, aber unterhalb der
zulässigen Höchsttemperatur öffnet. Derartige Schmelzsicherungen
werden insbesondere im Transformatorenbereich eingesetzt, wo
die Verwendung von Temperaturwächtern ohne Selbsthaltung nur
im Zusammenhang mit einer in Reihe geschalteten Schmelzsicherung
erfolgt.
Wenn infolge der Alterung des Bimetall-Teiles oder eines
sonstigen Defektes der Schalter bei der gewünschten Ansprech
temperatur nicht schaltet, so erhöht sich die Temperatur des
zu überwachenden Gerätes, mit dem der Schalter in thermischer
Verbindung steht, solange, bis die Schmelztemperatur der
Schmelzsicherung erreicht ist. Die Schmelzsicherung öffnet dann,
so daß der Stromkreis irreversibel unterbrochen ist, durch den
der zu schützende elektrische Verbraucher gespeist wird.
Der zusätzliche Einsatz einer derartigen Schmelzsicherung bringt
jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Zum einen müssen
zwei getrennte Bauteile an dem zu schützenden Gerät montiert
werden, was nicht nur den zeitlichen Montageaufwand erhöht
sondern zusätzlich an dem Gerät auch weiteren Montageplatz
erfordert. Dies ist insbesondere deshalb von Nachteil, weil
die bekannten Schmelzsicherungen sehr voluminös sind, so daß
entsprechender Raum an dem zu schützenden Gerät vorgesehen werden
muß.
Bei der eingangs genannten DE 32 34 373 A1 umfaßt das Schaltwerk
einen an einer einseitig eingespannten Bimetall-Zunge befestigten
beweglichen Kontakt sowie einen Gegenkontakt, der an einer
ebenfalls einseitig eingespannten, elastischen Zunge angeordnet
ist. Die elastische Zunge ist über ein Bimetallelement schaltbar,
dessen Schalttemperatur unterhalb der Schalttemperatur der
Bimetall-Zunge liegt. Durch die beiden temperaturabhängig
schaltenden Bimetall-Teile soll das Schaltwerk sowohl auf
Umgebungstemperatur als auch auf Stromfluß ansprechen. Die mit
der Alterung der Bimetall-Teile verbundenen, oben beschriebenen
Probleme sind damit auch bei dem aus dieser Druckschrift
bekannten Schalter vorhanden.
Die DE 195 21 913 A1 beschreibt einen temperaturabhängigen
Schalter mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Kontaktpaaren,
von denen eines im normalen Betrieb über ein Bimetall-Element
geschaltet wird, während das andere über eine Schmelzsicherungs
feder dauerhaft geöffnet wird, wenn die Temperatur einen Wert
erreicht, der höher ist als die Schalttemperatur des Bimetall-
Elementes. Statt der Schmelzsicherungsfeder kann auch eine Feder
aus einer Formgedächtnis-Legierung eingesetzt werden.
Wenn das über das Bimetall-Element geschaltete Kontaktpaar
infolge von Kontaktbrand festklebt, führt eine weitere Erhöhung
der Temperatur des bekannten Schalters dazu, daß das Sicherungs
element, also die Schmelzsicherungsfeder das zweite Kontaktpaar
dauerhaft öffnet. Von Nachteil ist bei dem bekannten Schalter,
daß er zwei in Reihe geschaltete Kontaktpaare benötigt, was
mit entsprechenden Übergangswiderständen und konstruktivem
Aufwand verbunden ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
den eingangs genannten Schalter derart weiterzubilden, daß auf
konstruktiv einfache Weise die oben erwähnten Sicherheits- und
Montageprobleme beseitigt werden. Der neue Schalter soll
insbesondere bei konstruktiv einfachem Aufbau eine zusätzliche
Sicherung gegen Alterung des Bimetall-Teiles aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten
Schalter dadurch gelöst, daß das Sicherheitselement in seiner
Hochtemperaturform den beweglichen Kontakt in einer Sicher
heitslage hält, die er auch dann beibehält, wenn die Temperatur
des Sicherheitselementes wieder unter die Umwandlungstemperatur
absinkt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt,
daß die Integration einer weiteren Temperaturabhängigkeit in
das Schaltwerk es ermöglicht, einerseits auf die nachteilige
Schmelzsicherung zu verzichten und andererseits dennoch zuver
lässig das Überschreiten einer zulässigen Höchsttemperatur zu
vermeiden. Der Einsatz des Sicherheitselementes ist gleichermaßen
für bei Übertemperatur öffnende und schließende Schalter
einsetzbar. Von besonderem Vorteil ist hier, daß nur ein einziges
Bauteil an dem zu schützenden Gerät montiert werden muß, die
Sicherheitsfunktion der Schmelzsicherung ist jetzt sozusagen
in den neuen Schalter mit integriert.
Dieses Sicherheitselement kann z. B. ein weiteres Bimetall-Element
sein, daß eine deutlich höhere Ansprechtemperatur als das für
die üblichen Schaltvorgänge verwendete Bimetall-Teil aufweist.
Da die Ansprechtemperatur des Bimetall-Elementes deutlich
oberhalb der des Bimetall-Teiles liegt, erfährt das Bimetall-
Element nicht in dem gleichen Maße die Alterungsvorgänge, denen
das zum Schalten verwendete Bimetall-Teil unterliegt. Konstruktiv
ist es z. B. möglich, das Bimetall-Element mechanisch parallel
zu dem Bimetall-Teil zu schalten, so daß es die gleiche Funktion
wie das Bimetall-Teil ausübt, dies jedoch bei einer höheren
Ansprechtemperatur, der hier mit Umwandlungstemperatur bezeich
neten oberen Sicherheitstemperatur.
Erfindungsgemäß wird dabei jetzt sozusagen eine mechanische
Selbsthaltung erreicht. Der durch das Sicherheitselement einmal
geöffnete oder geschlossene Schalter bleibt in diesem Zustand,
auch wenn die Außentemperatur wieder absinkt. Hier ist es z. B.
möglich, eine Verriegelungsnase an dem Schalter vorzusehen,
die der bewegliche Kontakt oder ein ihn tragendes Teil hinter
greift. Diese Verriegelungsnase kann so angeordnet und ausge
staltet sein, daß sie nur dann zum Einsatz kommt, wenn das
Sicherheitselement in seine Hochtemperaturform übergegangen
ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß die
Sicherheitslage manuell wieder entriegelt werden kann, so daß
ein mechanisch selbsthaltender, aber zurücksetzbarer Temperatur
wächter geschaffen ist.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn das Sicherheits
element aus einer Formgedächtnis-Legierung gefertigt ist.
Hier ist von Vorteil, daß derartige Formgedächtnis-Legierungen,
die auch als Memory-Metall bezeichnet werden, ein anderes Schalt-
und Alterungsverhalten als Bimetall-Teile aufweisen. Allerdings
zeigen die Formgedächtnis-Legierungen ein langsameres Schaltver
halten als Bimetall-Teile. In vorteilhafter Weise werden bei
diesem Ausführungsbeispiel das Bimetall-Teil für das schnelle
Schalten und das Sicherheitselement aus Formgedächtnis-Legierung
für ein sicheres und irreversibles Abschalten bei Überschreiten
einer Höchsttemperatur, nämlich der Umwandlungstemperatur des
Sicherheitselementes verwendet.
Derartige Formgedächtnis-Legierungen sind seit einigen Jahren
bekannt, sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei Überschreiten
der Umwandlungstemperatur ihre Hochtemperaturform wieder
annehmen, unabhängig davon, in welche Form sie im kalten Zustand
zuvor gebracht worden sind. Weitere Informationen zu derartigen
Formgedächtnis-Legierungen finden sich in Spektrum der Wissen
schaft, 1980, Heft 1, Seiten 48-57, Donald Schetky: "Legierungen,
die sich an Formen erinnern".
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Formgedächtnis-Legierung
ihre Hochtemperaturform auch dann beibehält, wenn ihre Temperatur
wieder unter die Umwandlungstemperatur absinkt.
Hier wird der sogenannte Einwegeffekt ausgenutzt, der auftritt,
wenn eine Formgedächtnis-Legierung im martensitischen Zustand
im Bereich unterhalb eines kritischen Verformungsgrades bleibend
verformt wird. Bei Erwärmung auf die Umwandlungstemperatur,
die im Bereich zwischen -150°C und +150°C liegen kann, stellt
sich die ursprüngliche Form wieder ein, die dann auch bei
Abkühlung erhalten bleibt.
Hier ist von Vorteil, daß das Sicherheitselement selbst dafür
sorgt, daß das bewegliche Kontaktteil dauerhaft in seiner
Sicherheitslage bleibt, so daß auf die oben erwähnte Rastnase
oder ähnliche mechanische Arretierungsmittel verzichtet werden
kann. Mit anderen Worten, wenn das Sicherheitselement einmal
auf eine Temperatur oberhalb seiner Umwandlungstemperatur erhitzt
wurde, nimmt es irreversibel seine Hochtemperaturform ein, in
der es das bewegliche Kontaktteil dauerhaft entweder in Anlage
mit dem festen Kontaktteil oder aber außer Anlage mit dem festen
Kontaktteil hält, je nachdem, ob der Schalter ein Schließer
oder Öffner ist. Der Vorteil dieser Anwendung liegt also
insbesondere in dem konstruktiv einfachen Aufbau, den der neue
Schalter durch Verwendung einer Formgedächtnis-Legierung mit
Einwegeffekt als Sicherheitselement aufweist.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn das Sicherheits
element eine Druck- oder Zugfeder ist.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, die inzwischen
kommerziell erhältliche Druck- oder Zugfeder aus Formgedächtnis-
Legierung muß lediglich geeignet in dem Gehäuse z. B. zwischen
einem gehäusefesten Anschlag und dem Federelement angeordnet
werden. Weitere konstruktive Änderungen an bekannten Schaltern
sind nicht erforderlich.
Insgesamt ist es bevorzugt, wenn das Schaltwerk ein einseitig
eingespanntes Federelement umfaßt, an dessen freiem Ende der
bewegliche Kontakt angeordnet ist, und wenn das Sicherheits
element in seiner Hochtemperaturform auf das Federelement
einwirkt.
Hier ist von Vorteil, daß Temperaturwächter in üblicher Ausge
staltung mit einer zusätzlichen Sicherheitsfunktion versehen
werden können. Das Federelement ist dabei entweder selbst aus
Bimetall oder aber aus Federstahl gefertigt, auf den das
Bimetall-Teil einwirkt. Bestehende Temperaturwächter in dieser
Ausgestaltung können leicht dadurch umkonstruiert werden, daß
zusätzlich eine Druck- oder Zugfeder aus einer Formgedächtnis-
Legierung in das Schaltwerk integriert wird. Im einfachsten
Falle ist es möglich, bestehende Konstruktionen beizubehalten
und die zusätzliche Feder an einem geeigneten Freiraum im Bereich
des Schaltwerkes anzuordnen.
Andererseits ist es bevorzugt, wenn das Schaltwerk eine Feder-
Schnappscheibe umfaßt, die etwa mittig den beweglichen Kontakt
trägt und sich umfangsseitig an einem Gehäuseteil abstützt,
über das sie mit dem Außenanschluß elektrisch verbunden ist,
und wenn das Sicherheitselement auf die Feder-Schnappscheibe
einwirkt.
Bei dieser Ausgestaltung handelt es sich um eine andere, übliche
Bauform von Temperaturwächtern, bei denen der bewegliche Kontakt
von einer Feder-Schnappscheibe entweder aus Bimetall oder aus
Federstahl getragen wird. Die Feder-Schnappscheibe ist in der
Regel frei in ein Gehäuseunterteil eingelegt, das entweder aus
Metall besteht oder aber an seinem Boden einen Einsatz trägt,
auf dem sich die Feder-Schnappscheibe randseitig abstützt und
das nach außen mit dem Außenanschluß verbunden ist. Dieses
Gehäuseunterteil ist mit einem Deckelteil verschlossen, der
entweder aus elektrisch leitendem Material oder aus isolierendem
Material gefertigt ist. Wenn sowohl Deckelteil als auch Gehäuse
unterteil elektrisch leitend sind, sind sie durch eine Isolier
folie gegeneinander elektrisch isoliert. Wenn nur eines der
beiden Gehäuseteile elektrisch leitend ist, erfolgt die Kontak
tierung in der Regel einmal an diesem elektrisch leitenden
Gehäuseteil und zum anderen durch die Wand des anderen Gehäuse
teiles hindurch. Es ist auch möglich, beide Gehäuseteile aus
elektrisch isolierendem oder elektrisch leitendem Material zu
fertigen.
In der Regel ist die Feder-Schnappscheibe aus Federstahl
gefertigt. Bei einem als Öffner ausgebildeten Temperaturwächter
drückt diese Feder-Schnappscheibe unterhalb der Ansprech
temperatur den beweglichen Kontakt gegen den festen Kontakt,
wobei der durch den Schalter fließende Strom über die Feder
scheibe geführt wird. Über den Kontakt ist eine Bimetall-
Schnappscheibe gestülpt, die oberhalb der Ansprechtemperatur
gegen die Kraft der Feder-Schnappscheibe den beweglichen Kontakt
von dem festen Kontakt wegdrückt, wozu sie sich umfangsseitig
an einem Gehäuseteil abstützt.
Derartige, bekannte Temperaturwächter können auf einfache Weise
mit der zusätzlichen Sicherheitsfunktion versehen werden, indem
das Sicherheitselement als zusätzliches Teil des Schaltwerkes
vorgesehen wird und auf die Feder-Schnappscheibe einwirkt.
Dabei ist es dann bevorzugt, wenn das Sicherheitselement eine
Scheibe ist, die über den beweglichen Kontakt gestülpt ist und
sich zumindest in ihrer Hochtemperaturform an einem Gehäuseteil
abstützt.
Bei dieser Maßnahme ist der einfache konstruktive Aufbau von
Vorteil, es muß lediglich eine weitere Scheibe in einen bekannten
Temperaturwächter eingelegt werden, weitere konstruktive
Änderungen sind nicht erforderlich, um den neuen Schalter mit
de zusätzlichen Sicherheitsfunktion zu versehen. Hierzu muß
also lediglich ein übliches Schaltwerk aus Feder-Schnappscheibe
und ggf. Bimetall-Schnappscheibe um eine weitere Scheibe ergänzt
werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Scheibe umfangsseitig an einem
Gehäuseteil festgelegt ist, vorzugsweise umfänglich auf einer
Schulter zwischen einem Gehäuseunterteil und einem Deckelteil
gehalten wird.
Hier ist von Vorteil, daß die Scheibe die Bewegungen des
Schaltwerkes bei niedrigen Temperaturen nicht mit macht, also
solange mechanisch nicht belastet wird, wie die Umwandlungs
temperatur nicht erreicht wird. Auch auf diese sehr einfache
Weise wird sichergestellt, daß das Bimetall-Teil und das
Sicherheitselement unterschiedlichen Alterungsprozessen unter
liegen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des neuen Schalters,
wobei sich das Schaltwerk unterhalb der Ansprech
temperatur befindet;
Fig. 2 den Schalter aus Fig. 1, wobei das Schaltwerk eine
Temperatur oberhalb der Ansprechtemperatur eingenommen
hat;
Fig. 3 einen Schalter wie in den Fig. 1 und 2, wobei das
Schaltwerk jetzt eine Temperatur oberhalb der Umwand
lungstemperatur eingenommen hat; und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Schalters,
wobei das Schaltwerk eine Temperatur unterhalb der
Ansprechtemperatur aufweist.
In Fig. 1 ist allgemein mit 10 ein Schalter bezeichnet, der
dort schematisch im Längsschnitt dargestellt ist. Der Schalter
10 umfaßt ein Gehäuse 11 aus Isoliermaterial, in dem ein
temperaturabhängiges Schaltwerk 12 angeordnet ist.
Der Schalter 10 weist zwei Außenanschlüsse 14, 15 auf, über
die er in Reihe mit einem zu schützenden elektrischen Verbraucher
sowie dessen Versorgungsspannung geschaltet wird. Im Inneren
des Schalters 10 sind zwei Kontaktschienen 17, 18 angeordnet,
die elektrisch mit den Außenanschlüssen 15 bzw. 14 verbunden
sind.
Das Schaltwerk 12 umfaßt einen beweglichen Kontakt 21, der an
einem freien Ende 22 eines an seinem anderen Ende 23 an der
Kontaktschiene 17 befestigten Federelementes 24 angeordnet ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 24
ein Bimetall-Teil 25, das in der in Fig. 1 gezeigten Stellung
den beweglichen Kontakt 21 gegen einen festen Kontakt 26 drückt,
der an der oberen Kontaktschiene 18 befestigt ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Stellung ist der Schalter 10 geschlos
sen, zwischen den beiden Außenanschlüssen 14 und 15 besteht
über die Kontaktschiene 18, den festen Kontakt 26, den beweg
lichen Kontakt 21, das Federelement 24 sowie die Kontaktschiene
17 eine niederohmige elektrisch leitende Verbindung.
Wenn jetzt die Temperatur des Federelementes 24 über die
Ansprechtemperatur hinaus erhöht wird, dann bewegt das Feder
element 24 infolge der Verformung des Bimetall-Materials den
beweglichen Kontakt 21 von dem festen Kontakt 26 weg, so daß
der Schalter die in Fig. 2 skizzierte Stellung einnimmt, in
der keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Außenan
schlüssen 14 und 15 durch den Schalter 10 hindurch mehr exi
stiert. Verringert sich die Temperatur des Federelementes 24
wieder unter die Ansprechtemperatur, so schließt der Schalter
10 wieder.
Der Schalter 10 umfaßt ferner ein Sicherheitselement 24 in Form
einer Druckfeder 28 aus einer Formgedächtnis-Legierung. Die
Druckfeder 28 ist über ein Isolierstück 29 an der oberen
Kontaktschiene 18 befestigt.
In den Temperaturbereichen, die den Stellungen des Schalters
10 aus den Fig. 1 und 2 entspricht, behält die Druckfeder 28
ihre dort gezeigte, schraubenförmige Form bei. Wenn sich die
Temperatur der Druckfeder jedoch auf eine oberhalb der Ansprech
temperatur liegende Umwandlungstemperatur erhöht, so wandelt
sich ihre Form in die in Fig. 3 gezeigte Hochtemperaturform
31, in der sie das Federelement 24 in die bei 32 angedeutete
Sicherheitslage drückt.
Die Druckfeder 28 ist aus einer Formgedächtnis-Legierung mit
Einwegeffekt gefertigt, was bedeutet, daß die Druckfeder 28
ihre Hochtemperaturform 31 auch dann beibehält, wenn die
Temperatur wieder auf deutlich unterhalb der Umwandlungs
temperatur absinkt. Das bedeutet, daß die Druckfeder 28 den
Schalter 10 dauerhaft geöffnet hält (auch wenn die Temperatur
wieder absinkt). Hierzu ist es natürlich erforderlich, daß die
Kraft, die die Druckfeder 28 in ihrer Hochtemperaturform 31
auf das Federelement 24 ausübt, größer ist als die Schließkraft,
mit der das Federelement 24 den beweglichen Kontakt 21 auf den
festen Kontakt 26 zu drückt.
Die dazu erforderliche Einstellung der Federkonstanten von
Federelement 24 sowie Druckfeder 28 läßt sich durch Wahl der
Legierungen sowie übliche Verformung einstellen.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schalters
40 gezeigt, der ein Gehäuseunterteil 41 sowie ein dieses
verschließendes Deckelteil 42 umfaßt. In dem Gehäuseunterteil
41 ist ein bei 43 angedeutetes, temperaturabhängiges Schaltwerk
43 angeordnet.
Das Schaltwerk 43 umfaßt eine frei in das Gehäuseunterteil 41
eingelegte Feder-Schnappscheibe 45, die etwa zentrisch einen
beweglichen Kontakt 46 trägt, über den eine Bimetall-Schnapp
scheibe 47 gestülpt ist. Die Feder-Schnappscheibe 45 stützt
sich mit ihrem Rand 49 innen an dem Gehäuseunterteil 41 ab und
drückt dabei den beweglichen Kontakt 46 gegen einen innen an
dem Deckelteil 42 vorgesehenen festen Kontakt 51. Der feste
Kontakt 51 erstreckt sich nach Art eines Nietes 52 durch das
Deckelteil 42 hindurch und geht außen in einen ersten Außenan
schluß 43 über. Bei dem Schalter 40 aus Fig. 4 bildet das
Gehäuseunterteil 41 einen zweiten Außenanschluß 54, da es aus
elektrisch leitfähigem Material gefertigt ist, während das
Deckelteil 42 aus elektrisch isolierendem Material besteht.
Das Schaltwerk 43 weist weiter ein Sicherheitselement 55 in
Form einer Scheibe 56 aus einer Formgedächtnis-Legierung auf.
Die Scheibe 56 ist mit ihrem Mittenloch 57 über den beweglichen
Kontakt 46 gestülpt und stützt sich mit ihrem Rand 58 auf einer
Schulter 59 des Gehäuseunterteils 41 ab. Auf dem Rand 58 sitzt
das Deckelteil 42 mit einem kreisförmigen Ringvorsprung 61 auf.
Das Deckelteil 42 ist durch einen Bördelrand 62 des Gehäuseunter
teils 41 an diesem unverlierbar gehalten. Damit der Rand 58
der Scheibe 56 noch eine gewisse Beweglichkeit gegenüber der
Schulter 59 erhält, ist an dem Ringvorsprung 61 ein umlaufender
Kragen 63 vorgesehen, der unmittelbar auf der Schulter 59
aufliegt. Das Spiel zwischen Ringvorsprung 61 und Rand 58 von
Scheibe 56 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 4 nicht
zu sehen.
Die Stellung des Schalters 40 in Fig. 4 entspricht der Stellung
des Schalters 10 in Fig. 1, die Bimetall-Schnappscheibe 57
befindet sich unterhalb ihrer Ansprechtemperatur. Erhöht sich
die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe 47 auf oberhalb der
Ansprechtemperatur, so drückt diese mit ihrem Rand 64 von unten
gegen die Scheibe 56 und druckt dabei gegen die Kraft der Feder-
Schnappscheibe 45 den beweglichen Kontakt 46 von dem festen
Kontakt 51 weg. Die Stellung, die der Schalter 40 dann einnimmt,
entspricht der in Fig. 2 für den Schalter 10 gezeigten.
Wenn die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe 47 wieder
absinkt, geht der Schalter 40 wieder in die in Fig. 4 gezeigte
Stellung zurück.
Durch Alterungsprozesse kann es jetzt geschehen, daß die
Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe 47 um bis zu
30°C ansteigt, so daß sie oberhalb einer Umwandlungstemperatur
der Scheibe 56 liegt. Erreicht jetzt die Temperatur der Bimetall-
Schnappscheibe 47 sowie der Scheibe 56 die Umwandlungstemperatur,
so spricht zwar ggf. die Bimetall-Schnappscheibe 47 noch nicht
an, dafür geht die Scheibe 56 jedoch in ihre Hochtemperaturform
über, in der sie eine konkave Form aufweist und den beweglichen
Kontakt 46 gegen die Kraft von Feder-Schnappscheibe 45 sowie
Bimetall-Schnappscheibe 47 von dem festen Kontakt 51 wegdrückt.
Diese Hochtemperaturform der Scheibe 56 ist irreversibel, sie
bleibt auch erhalten, wenn die Temperatur wieder deutlich
absinkt, so daß der Schalter 40 dauerhaft geöffnet bleibt, wenn
er einmal auf eine Temperatur von oberhalb der Umwandlungs
temperatur der Scheibe 56 aufgeheizt wurde.
Claims (10)
1. Schalter mit einem bei einer Ansprechtemperatur schaltenden
Schaltwerk (12; 43) zum Öffnen und Schließen eines an
Außenanschlüsse (14, 15; 53, 54) des Schalters (10; 40)
anschließbaren Schaltkreises, wobei das Schaltwerk (12;
43) einen mit einem Außenanschluß (15; 44) elektrisch
verbundenen beweglichen Kontakt (21; 46) umfaßt, der in
Abhängigkeit von der Temperatur eines Bimetall-Teiles (25;
47) in Anlage mit einem festen Kontakt (26; 51) ist, der
elektrisch mit dem anderen Außenanschluß (14; 53) verbunden
ist, wobei das Schaltwerk (12; 43) ein Sicherheitselement
(27; 55) umfaßt, das seine Form in eine Hochtemperaturform
(31) ändert, wenn seine Temperatur eine Umwandlungs
temperatur erreicht, die oberhalb der Ansprechtemperatur
liegt, und der bewegliche Kontakt (21; 46) in Abhängigkeit
von der Temperatur des Sicherheitselementes (27; 55) in
Anlage mit dem festen Kontakt (26; 51) ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sicherheitselement (27; 55) in
seiner Hochtemperaturform den beweglichen Kontakt (21;
46) in einer Sicherheitslage (32) hält, die er auch dann
beibehält, wenn die Temperatur des Sicherheitselementes
(27; 55) wieder unter die Umwandlungstemperatur absinkt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sicherheitselement (27; 55) aus einer Formgedächtnis-
Legierung gefertigt ist.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Formgedächtnis-Legierung ihre Hochtemperaturform (31) auch
dann beibehält, wenn ihre Temperatur wieder unter die
Umwandlungstemperatur absinkt.
4. Schalter nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sicherheitselement (27; 55) eine Druck
feder (28) oder eine Zugfeder ist.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schaltwerk (12) ein einseitig einge
spanntes Federelement (24) umfaßt, an dessen freiem Ende
(22) der bewegliche Kontakt (21) angeordnet ist, und daß
das Sicherheitselement (27) in seiner Hochtemperaturform
(31) auf das Federelement (24) einwirkt.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schaltwerk (43) eine Feder-Schnappscheibe
(45) umfaßt, die etwa mittig den beweglichen Kontakt (46)
trägt und sich umfangsseitig an einem Gehäuseteil (41)
abstützt, über das sie mit dem Außenanschluß (54) elektrisch
verbunden ist, und daß das Sicherheitselement (55) auf
die Feder-Schnappscheibe (45) einwirkt.
7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Feder-Schnappscheibe (45) eine Bimetall-Schnappscheibe
(47) zugeordnet ist, die über den beweglichen Kontakt (46)
gestülpt ist und sich oberhalb der Ansprechtemperatur
umfangsseitig an einem Gehäuseteil (41) abstützt.
8. Schalter nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sicherheitselement (55) eine Scheibe
(56) ist, die über den beweglichen Kontakt (46) gestülpt
ist und sich zumindest in ihrer Hochtemperaturform an einem
Gehäuseteil (61) abstützt.
9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Scheibe (56) umfangsseitig an einem Gehäuseteil (61, 59)
festgelegt ist.
10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Scheibe (56) umfangsseitig auf einer Schulter (59) zwischen
einem Gehäuseunterteil (41) und einem Deckelteil (42)
gehalten wird.
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