DE19748589C2 - Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk - Google Patents
Schalter mit einem temperaturabhängigen SchaltwerkInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einem ein
temperaturabhängiges Schaltwerk aufnehmendem Gehäuse, das ein
aus Isoliermaterial gefertigtes erstes Gehäuseteil, an dessen
innerem Boden eine mit einem ersten Außenanschluß verbundene
erste Elektrode unverlierbar gehalten ist, sowie ein das erste
Gehäuseteil verschließendes zweites Gehäuseteil aufweist, das
eine mit einem zweiten Außenanschluß verbundene zweite Elektro
de umfaßt, wobei das Schaltwerk in Abhän
gigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbin
dung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode herstellt.
Ein derartiger Schalter ist aus der DE 196 09 310 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Schalter ist das erste Gehäuseteil aus Iso
liermaterial gefertigt, in das die erste Elektrode durch Um
spritzen oder Vergießen als integraler Bestandteil eingebettet
ist. Dieses erste Gehäuseteil wird durch ein zweites Gehäuse
teil in Form eines aus elektrisch leitfähigem Material beste
henden Bodens verschlossen, dessen Innenseite als zweite Elek
trode wirkt.
Beide Elektroden sind sozusagen scheibenförmige Blechteile, an
denen einstückig Ansätze ausgebildet sind, die als Außenan
schlüsse des Schalters dienen. Das Bodenteil liegt dabei auf
einer Schulter des ersten Gehäuseteiles auf und wird durch ei
nen heißverprägten Ring an diesem gehalten.
Zwischen den beiden Elektroden ist im Inneren des so gebildeten
Gehäuses ein übliches Bimetall-Schaltwerk angeordnet, dessen
Federscheibe sich mit ihrem Rand auf dem Bodenteil abstützt und
das von ihr getragene bewegliche Kontaktteil unterhalb der
Schalttemperatur gegen einen nach innen vorspringenden Gegen
kontakt an der anderen Elektrode drückt. Über das bewegliche
Kontaktteil ist wie üblich eine Bimetall-Schnappscheibe ge
stülpt, die unterhalb ihrer Schalttemperatur kräftefrei ist und
bei einer Temperaturerhöhung über ihren Schaltpunkt hinaus das
bewegliche Kontaktteil gegen die Kraft der Federscheibe von dem
Gegenkontakt abhebt und dadurch die elektrische Verbindung zwi
schen den beiden Außenanschlüssen öffnet.
Der insoweit beschriebene, bekannte Schalter ist äußerst robust
und weist sehr geringe Außenabmaße auf, weshalb er nicht nur
universell sondern insbesondere dort einsetzbar ist, wo wenig
Montageraum zur Verfügung steht, also z. B. in Spulen von Trans
formatoren oder Elektromotoren. Über das Bodenteil ist dieser
Schalter an ein zu überwachendes Gerät thermisch sehr gut ange
koppelt, so daß eine Temperaturerhöhung des Gerätes sich unmit
telbar in das Innere des Schalters überträgt und dort zu einer
entsprechenden Erhöhung der Temperatur der Bimetall-
Schnappscheibe führt. Derartige Schalter werden in Reihe zwi
schen das zu schützende Gerät sowie eine Stromversorgung ge
schaltet, so daß der Betriebsstrom des zu schützenden Gerätes
durch den Schalter fließt, der diesen Strom bei einer unzuläs
sigen Temperaturerhöhung folglich abschaltet.
Häufig ist es jedoch erforderlich, neben der Temperatur des zu
schützenden Gerätes auch den Betriebsstrom auf die Einhaltung
einer bestimmten Obergrenze hin zu überwachen, um das Gerät be
reits vor Einsetzen der Temperaturerhöhung abschalten zu kön
nen. Insbesondere bei Elektromotoren kommt es nämlich häufig
vor, daß aufgrund äußerer Einwirkungen der Rotor steht bzw.
sich nur sehr langsam dreht, was zunächst zu einer Erhöhung des
Betriebsstromes führt, was wiederum eine Erhöhung der Tempera
tur des Gerätes zur Folge hat. Wenn jetzt bereits der erhöhte
Stromfluß zu einem Abschalten des Gerätes führt, so wird die
unzulässige Temperaturerhöhung ganz vermieden, was natürlich
von Vorteil ist.
Diese Schutzfunktion eines Schalters mit temperaturabhängigem
Schaltwerk wird "stromabhängiges" Schalten genannt und dadurch
bewirkt, daß zu dem Schaltwerk ein Serienwiderstand in Reihe
geschaltet wird, der ebenfalls von dem Betriebsstrom des zu
schützenden Gerätes durchflossen wird. Durch die Wahl des Wi
derstandswertes dieses Serienwiderstandes sowie dessen thermi
sche Ankopplung an den Schalter führt ein bestimmter Stromfluß
durch den Schalter und damit den Serienwiderstand zur Entwick
lung einer bestimmten Wärmemenge, die wiederum den Schalter und
damit die Bimetall-Schnappscheibe definiert erwärmt. Über den
Widerstandswert kann damit eine obere Grenze für den Be
triebsstrom vorbestimmt werden. Übersteigt der Betriebsstrom
diesen Wert, so wird durch die in dem Serienwiderstand entwic
kelte Wärme die Bimetall-Schnappscheibe über ihre Schalttempe
ratur hinaus erhöht, so daß der Schalter sich bereits öffnet,
bevor das zu schützende Gerät sich unzulässig erwärmt hat.
Ein derartiger Schalter ist aus der DE 43 36 564 A1 bekannt.
Dieser Schalter umfaßt zunächst ein gekapseltes Bimetall-
Schaltwerk, das in einem zweiteiligen Metallgehäuse unterge
bracht ist, wie es bspw. aus der DE-OS 21 21 802 A1 bekannt ist.
Dieser gekapselte Schalter ist nun auf einem Keramikträger an
geordnet, auf dem ein Dickschichtwiderstand vorhanden ist, der
über Leiterbahnen mit dem leitenden Unterteil des gekapselten
Schaltwerkes verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandes
ist mit einem Lötfleck verbunden, an den eine erste Anschluß
litze angelötet wird. Die zweite Anschlußlitze ist an das elek
trisch leitende Deckelteil des gekapselten Schaltwerkes angelö
tet.
Obwohl der bekannte Schalter zufriedenstellend ein stromabhän
giges Schalten ermöglicht und gleichzeitig eine Temperaturüber
wachung erlaubt, weist er doch eine Reihe von Nachteilen auf.
Zum einen ist der Keramikträger mechanisch nicht belastbar,
beim Transport als Schüttgut treten Haarrisse auf, die bei ei
ner Eingangskontrolle nur mit einem Mikroskop erkannt werden
können. Durch das Anlöten der Litze an den Keramikträger lösen
sich häufig die Leiterbahnen. Durch diese Problematik ist ein
erhöhter Kontroll- und Prüfaufwand erforderlich, der die Preis
bildung des Produktes in entsprechende Höhe treibt. Ein weite
rer Nachteil ist die geringe Druckstabilität dieser Konstrukti
on, die für ein Einwickeln in Wicklungen von Transformatoren
oder Elektromotoren nicht geeignet ist.
Andererseits findet dieser bekannte Schalter weite Anwendung,
weil die Aufbringung eines Widerstandes mit definiertem Wider
standswert auf einem Keramikträger eine gut beherrschte Technik
ist, hier werden z. B. Dickschichtwiderstände verwendet.
Aus der DE 196 04 939 A1 ist ein Schalter mit einem Gehäuse be
kannt, bei dem das Unterteil sowie das das Unterteil verschlie
ßende Oberteil jeweils elektrisch leitend und voneinander durch
eine Isolationsschicht isoliert sind. In dem so gebildeten Ge
häuse ist ein Bimetall-Schaltwerk aus Federscheibe und Bime
tall-Schnappscheibe sowie davon getragenem, beweglichen Kontakt
angeordnet. Zwischen dem beweglichen Kontakt sowie dem als
Elektrode dienenden Deckelteil ist eine Widerstandsscheibe vor
gesehen, die als Serienwiderstand wirkt und für ein stromabhän
giges Schalten sorgt.
Die DE 41 42 716 A1 beschreibt einen temperaturabhängigen
Schalter mit elektrisch leitendem Gehäuseunterteil sowie elek
trisch isolierendem Gehäuseoberteil und einem Bimetall-
Schaltwerk mit Federscheibe und Bimetallscheibe sowie bewegli
chem Gegenkontakt.
An dem Boden des Unterteiles ist ein elektrisch gegenüber dem
Unterteil isolierter Keramikträger angeordnet, auf dem ein Wi
derstand vorgesehen ist, der einerseits mittig durch den Kera
mikträger hindurch mit dem Unterteil kontaktiert ist und ande
rerseits Kontaktbereiche trägt, auf denen sich die Federscheibe
abstützt.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, den eingangs genannten Schalter derart weiterzubilden,
daß er auf konstruktiv einfache Weise mit einem Serienwider
stand für stromabhängiges Schalten versehen wird.
Bei dem eingangs genannten Schalter wird diese Aufgabe erfin
dungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Elektrode eine auf das
Schaltwerk zu weisende Planfläche aufweist, an der ein auf das
Schaltwerk zu weisender Keramikträger befestigt ist, der einen
Serienwiderstand trägt, der einen Endes mit der Planfläche und
anderen Endes mit einem Gegenkontakt für das Schaltwerk verbun
den ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt,
daß es nicht erforderlich ist, den Serienwiderstand unterhalb
des Gehäuses des Schalters auf einem gesonderten Träger anzu
ordnen, sondern daß dieser sowohl elektrisch als auch geome
trisch zwischen einer der Elektroden und dem Schaltwerk pla
ziert werden kann. Der Serienwiderstand ist damit von außen
nicht mehr zugänglich, also vor mechanischen Einwirkungen ge
schützt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die bisherigen
Außenanschlüsse erhalten bleiben, so daß gesonderte Lötmaßnah
men wie beim Stand der Technik für die Außenanschlüsse nicht
erforderlich sind.
Für den Serienwiderstand sowie dessen geometrische Anordnung
wird dabei die gut beherrschte Keramiktechnik verwendet, auf
der ein gut einzustellender Serienwiderstand angeordnet wird.
Da jetzt aber keine Litze mehr an den Keramikträger angelötet
werden muß und er außerdem durch das Gehäuse mechanisch ge
schützt wird, kann ein sehr dünner Träger verwendet werden, so
daß die Außenabmaße des bekannten Schalters nicht oder nur un
wesentlich verändert werden müssen.
Ferner sind kaum Änderungen an der Konstruktion sowie beim Pro
duktionsablauf des bekannten Schalters erforderlich, um diesen
mit einem Serienwiderstand für stromabhängiges Schalten zu ver
sehen. Statt des bisherigen vorspringenden Gegenkontaktes wird
jetzt eine Planfläche verwendet, auf die der Keramikträger auf
gelegt wird. Wegen der planen Auflage wird der Keramikträger
mechanisch durch das Schaltwerk kaum belastet, so daß dieser
einschließlich des auf ihm vorgesehenen Serienwiderstandes so
wie des auf ihm angeordneten Gegenkontaktes keine größere Dicke
aufweisen muß als der Gegenkontakt bei dem Schalter aus dem
Stand der Technik. Dies bedeutet jedoch, daß der Schalter seine
ursprünglichen Abmaße beibehalten kann, wobei lediglich die er
ste Elektrode eine andere Form aufweisen muß, statt des Gegen
kontaktes ist an ihr eine Planfläche vorzusehen, an der der Ke
ramikträger befestigt wird.
Der Keramikträger kann dabei eine Durchkontaktierung für den
Serienwiderstand aufweisen und so auf die Planfläche aufgeklebt
werden, daß die Durchkontaktierung gleichzeitig mit dieser
Elektrode elektrisch kontaktiert wird.
Andererseits ist es jedoch bevorzugt, wenn der Keramikträger
zumindest ein vorzugsweise lasergelochtes Durchgangsloch auf
weist, durch das hindurch er an die Elektrode angelötet und der
Serienwiderstand elektrisch mit dieser verbunden wird.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, es ist nämlich nur
ein Arbeitsgang erforderlich, um sowohl die mechanische als
auch die elektrische Verbindung herzustellen. Die lasergeloch
ten Durchgangslöcher werden mit einem gesicherten Verfahren
hergestellt, bei dem der Keramikträger nicht springt, so daß
der im Stand der Technik im Zusammenhang mit Keramikträgern und
deren Weiterverarbeitung immer wieder auftretende hohe Ausschuß
vermieden wird. Zusätzlich können diese Keramikträger statt als
Schüttgut noch magaziniert angeliefert werden, um weitere Be
schädigungen der Keramikträger zu vermeiden.
Allgemein ist es bevorzugt, wenn die erste Elektrode in dem er
sten Gehäuseteil durch Vergießen oder Umspritzen bei der Her
stellung dieses Gehäuseteiles unverlierbar gehalten ist,
wobei
weiter vorzugsweise das zweite Gehäuseteil ein elektrisch lei
tendes Bodenteil ist, dessen innerer Boden als zweite Elektrode
wirkt.
Diese Maßnahmen sind an sich bei dem eingangs genannten Schal
ter bereits verwirklicht, sie ermöglichen ein sehr druckfestes,
leicht zu fertigendes Gehäuse mit geringem Abmaßen. In das aus
Isoliermaterial gefertigte Gehäuseteil, in das die erste Elek
trode eingebettet ist, muß jetzt lediglich noch der Keramikträ
ger eingelegt werden, der dann mit der Planfläche verklebt oder
verlötet wird, wodurch gleichzeitig die elektrische Verbindung
zwischen dem Serienwiderstand und der ersten Elektrode herge
stellt wird.
Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn das Schaltwerk eine elek
trisch leitende Federscheibe umfaßt, die ein bewegliches Kon
taktteil trägt und gegen eine Bimetall-Schnappscheibe arbeitet,
die etwa mittig auf dem beweglichen Kontaktteil sitzt, wobei
sich die Federscheibe mit ihrem Rand an der einen Elektrode ab
stützt und das bewegliche Kontaktteil gegen die andere Elektro
de drückt, wenn sich das Schaltwerk unterhalb seiner An
sprechtemperatur befindet.
Diese Maßnahme ist an sich ebenfalls bekannt, sie ermöglicht
ein sich selbst ausrichtendes Bimetall-Schaltwerk, bei dem die
Bimetall-Schnappscheibe unterhalb ihrer Schalttemperatur kräf
tefrei ist, so daß sich die Schalttemperatur durch mechanische
Belastung nicht verschieben kann. Im Zusammenhang mit dem Kera
mikträger ergibt sich hier der weitere Vorteil der einfachen
Kontaktierung des Serienwiderstandes. Wie bereits erwähnt, ist
dieser nämlich einen Endes mit der ersten Elektrode und anderen
Endes mit einem Gegenkontakt verbunden, auf den die Federschei
be das bewegliche Kontaktteil drückt, so daß der Serienwider
stand elektrisch in Reihe zwischen die erste Elektrode und die
Federscheibe geschaltet ist, die wiederum mit der zweiten Elek
trode verbunden ist, so daß zwischen den beiden Außenanschlüs
sen des Schalters nun eine Reihenschaltung aus Serienwiderstand
und Bimetall-Schaltwerk angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung
und der beigefügten Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschrei
bung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den neuen Schalter in einer schematischen Schnitt
darstellung in Seitenansicht; und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schalter aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Seitenansicht ein neuer
Schalter 10 dargestellt, der ein temperaturabhängiges Schalt
werk 11 umfaßt, das in einem Gehäuse 12 angeordnet ist.
Das Gehäuse 12 weist ein elektrisch leitendes Bodenteil 14 so
wie ein becherartiges Deckelteil 15 aus Isoliermaterial auf,
das einen Ringraum 16 beinhaltet, in den das temperaturabhängi
ges Schaltwerk 11 eingelegt ist.
Das Schaltwerk 11 umfaßt ein bewegliches Kontaktteil 17, das
von einer Federscheibe 18 getragen wird und über das eine Bime
tall-Schnappscheibe 19 gelegt ist.
Das elektrisch leitende Bodenteil 14 bildet mit seiner Innen
seite eine Elektrode 20, auf der sich die Federscheibe 18 mit
ihrem Rand 21 abstützt. Das Bodenteil 14 geht integral in einen
ersten Außenanschluß 22 über, der somit elektrisch leitend mit
der Federscheibe 18 und damit mit dem beweglichen Kontaktteil
17 verbunden ist.
Ein zweiter Außenanschluß 23 des Schalters 10 ist integral mit
einer umspritzten Elektrode 24 verbunden, die an einem inneren
Boden 15a des Deckelteiles 15 angeordnet ist. Das Deckelteil 15
wird um die Elektrode 24 herum gespritzt, so daß diese unver
lierbar in das Deckelteil 15 eingebettet ist. Die Anordnung ist
dabei so getroffen, daß die Elektrode 24 eine auf das Schalt
werk 11 zu weisende Planfläche 25 aufweist, an der eine Kera
mikscheibe 26 angeordnet ist, die einen festen Gegenkontakt 27
für das bewegliche Kontaktteil 17 trägt.
Die Keramikscheibe 26 weist lasergelochte Durchgänge 28 auf,
über die sie mit Hilfe von Lötpunkten 29 an der Elektrode 24
befestigt ist. In noch zu beschreibender Weise ist zwischen den
Lötpunkten 29 sowie dem Gegenkontakt 27 ein Serienwiderstand
angeordnet.
Durch diese Anordnung liegt zwischen den beiden Außenanschlüsse
22, 23 eine Reihenschaltung aus Schaltwerk 11 sowie Serienwi
derstand. In dem in Fig. 1 gezeigten Schaltzustand befindet
sich die Bimetall-Schnappscheibe 19 unterhalb ihrer Schalttem
peratur, so daß die Federscheibe 18 das bewegliche Kontaktteil
17 gegen den festen Gegenkontakt 27 drückt, so daß ein das
Schaltwerk 10 durchfließender Betriebsstrom eines zu schützen
den elektrischen Gerätes den Serienwiderstand durchfließt und
aufheizt. In Abhängigkeit von dem Widerstandswert des Serienwi
derstandes sowie der Stärke des fließenden Stromes erhitzt die
in dem Serienwiderstand entwickelte Ohmsche Wärme die in Fig.
1 kräftefreie Bimetall-Schnappscheibe 19 soweit, daß sie gegen
die Kraft der Federscheibe 18 das bewegliche Kontaktteil 17 von
dem festen Gegenkontakt 27 abhebt und den Strom somit unter
bricht.
Es sei noch erwähnt, daß die Elektrode 24 mit ihrer Planfläche
25 in einen Ringraum 30 hinein weist, in den nach dem Einsprit
zen der Elektrode 24 in das Deckelteil 15 die Keramikscheibe 26
eingelegt wird, woraufhin dann durch die Lötpunkte 29 sowohl
eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung zu der
Elektrode 24 hergestellt wird. Danach wird das Schaltwerk 11 in
den Ringraum 16 eingelegt, woraufhin dann das Bodenteil 14 auf
gelegt und durch einen Rand 31 sowie Haltezapfen 32 an dem Dec
kelteil 15 befestigt wird.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Schalter aus Fig. 1 ge
zeigt, wo jetzt auch ein Serienwiderstand 34 schematisch ange
deutet ist, der über eine Leiterbahn 35 mit dem festen Gegen
kontakt 27 sowie über Leiterbahnen 36 und 37 mit den Lötpunkten
29 elektrisch verbunden ist. Der Serienwiderstand 34 ist ein
üblicher Dickschichtwiderstand, der mittels bekannter und gut
beherrschter Techniken auf der Keramikscheibe 26 angeordnet
wird, wobei sich sein Widerstandswert nach Bedarf äußerst prä
zise einstellen läßt, wodurch der zum Schalten des Schalters 10
führende Betriebsstrom genau vorgewählt werden kann.
Zurückkehrend zu Fig. 1 ist noch zu bemerken, daß der an der
Keramikscheibe 26 angeordnete Serienwiderstand 34 sowohl elek
trisch als auch geometrisch zwischen der Elektrode 24 und dem
Schaltwerk 11 im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet ist.
Claims (5)
1. Schalter mit einem ein temperaturabhängiges Schaltwerk
(11) aufnehmendem Gehäuse (12), das ein erstes aus Iso
liermaterial gefertigtes Gehäuseteil (15), an dessen inne
rem Boden (25) eine mit einem ersten Außenanschluß (23)
verbundene erste Elektrode (24) unverlierbar gehalten ist,
sowie ein das erste Gehäuseteil (15) verschließendes zwei
tes Gehäuseteil (14) aufweist, das eine mit einem zweiten
Außenanschluß (22) verbundene zweite Elektrode (20) um
faßt, wobei das Schaltwerk (11) in Abhängigkeit von seiner
Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode (24, 20) herstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode eine auf
das Schaltwerk (11) zu weisende Planfläche aufweist, an
der auf das Schaltwerk (11) zu weisend ein Keramikträger
(26) befestigt ist, der einen Serienwiderstand (34) trägt,
der einen Endes mit der Planfläche (25) und anderen Endes
mit einem Gegenkontakt (27) für das Schaltwerk (11) ver
bunden ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Keramikträger (26) zumindest ein vorzugsweise lasergeloch
tes Durchgangsloch (28, 29) aufweist, durch das hindurch
er an die Elektrode (24) angelötet und der Serienwider
stand (34) elektrisch mit dieser verbunden wird.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Elektrode (24) in dem ersten Gehäuseteil
(15) durch Vergießen oder Umspritzen bei der Herstellung
des Gehäuseteiles (15) unverlierbar gehalten ist.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Gehäuseteil (14) ein elektrisch leitendes Bodenteil
(14) ist, dessen innerer Boden als zweite Elektrode (20)
wirkt.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schaltwerk (11) eine elektrisch leitende
Federscheibe (18) umfaßt, die ein bewegliches Kontaktteil
(17) trägt und gegen eine Bimetall-Schnappscheibe (19) ar
beitet, die etwa mittig auf dem beweglichen Kontaktteil
(17) sitzt, wobei sich die Federscheibe (18) mit ihrem
Rand (21) an einer Elektrode (20) abstützt und das beweg
liche Kontaktteil (17) gegen die andere Elektrode (24)
drückt, wenn sich das Schaltwerk (11) unterhalb seiner An
sprechtemperatur befindet.
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