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Thermische Schalteinrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Schalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige thermische Schalteinrichtungen werden üblicherweise als Temperaturregler, Temperaturbegrenzer oder Temperatursicherung eingesetzt. Häufige Anwendungsbereiche von thermischen Schalteinrichtungen sind der Einsatz als thermische Absicherung oder Temperatursteuerung in Haushaltsgeräten, wie z. B. Wasserkochern, Kaffeemaschinen, Bügeleisen, Geschirrspülern, Waschmaschinen oder dergleichen.
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Technologischer Hintergrund
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Thermische Schalteinrichtungen dienen dazu, bei Erreichen einer Schalttemperatur einen Stromkreis einer Heizeinrichtung zu unterbrechen. Hierzu werden thermische Schalteinrichtungen in Wärmekontakt zu der Heizeinrichtung positioniert. Zur Gewährleistung der Schaltfunktion umfasst die thermische Schalteinrichtung ein aktiv auf Temperatur ansprechendes Bauteil. In der Regel handelt es sich hierbei um eine bistabile Bimetallsprungscheibe, die eine spezifische Schalttemperatur bzw. Sprungtemperatur besitzt.
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Die thermische Schalteinrichtung wird über zwei Anschlusskontakte in den Stromkreis der Heizeinrichtung implementiert. Die beiden Anschlusskontakte bilden in Verbindung mit einem Bewegungskontakt und einem Festkontakt eine Kontaktstrecke. Der Kontaktschluss zwischen Festkontakt und Bewegungskontakt wird durch die Federspannung des Bewegungskontakts hergestellt. Die Kontaktstrecke wird beim Erreichen der Sprungtemperatur der Bimetallsprungscheibe geöffnet. Die Bewegung der Bimetallsprungscheibe wird hierbei über ein Übertragungselement, welches mit dem Bewegungskontakt in Verbindung steht, auf den Bewegungskontakt übertragen, wodurch die Kontaktstrecke geöffnet und der Stromkreis unterbrochen wird.
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Materialermüdung, nachlassende Federkraft oder ein nachlassender Schließdruck der Kontakte führen zu einer Verschlechterung der Schalteigenschaften der thermischen Schalteinrichtung. Dadurch wird die Lebenszeit des jeweiligen Haushaltsgerätes verringert. Deshalb wird an eine thermische Schalteinrichtung die Anforderung gestellt, dass sich das Schaltverhalten, auch über längere Zeiträume, möglichst nicht verändert.
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Druckschriftlicher Stand der Technik
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Eine thermische Schalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt die
DE 198 01 251 C2 . Der Bewegungskontakt befindet sich hierbei oberhalb des Festkontaktes. Die Bimetallsprungscheibe ist unterhalb einer bistabilen Metallscheibe angeordnet. Ferner wird als Übertragungselement ein flaschenartig ausgestaltetes Stellglied eingesetzt. Bei Erreichen der Sprungtemperatur wird die Bewegung der Bimetallsprungscheibe über die Metallscheibe und das Übertragungselement auf den Bewegungskontakt übertragen. Anschließend kann die bistabile Metallscheibe über einen Spreizelementring mit Druck beaufschlagt werden, um diese in ihre Ausganglage zurückzuschalten. Die Federkraft des Bewegungskontakts drückt letzteren nach unten in Schließstellung auf den Festkontakt. Hierdurch besteht die Gefahr, dass es durch die stetige Krafteinwirkung zur Materialermüdung des Bewegungskontaktes kommt, wodurch die Nutzungsdauer sowie die Sicherheit der thermischen Schalteinrichtung allmählich herabgesetzt werden.
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Eine ähnliche thermische Schalteinrichtung offenbart die
DE 197 06 316 A1 . Der Bewegungskontakt ist, wie auch in der
DE 198 01 251 C2 , oberhalb des Festkontakts gelagert, wodurch sich entsprechende Probleme in Bezug auf Haltbarkeit und Sicherheit ergeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue thermische Schalteinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche neben einem bautechnisch einfachen Aufbau eine längere Haltbarkeit sowie eine verbesserte Sicherheit aufweist.
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Lösung der Aufgabe
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
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Erfindungsgemäß ist die Bimetallsprungscheibe zwischen der bistabilen Metallscheibe und der Kontaktstrecke angeordnet und der Bewegungskontakt zwischen der bistabilen Metallscheibe und dem Festkontakt angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Bewegungskontakt nicht durch die Spannkraft der Feder des Bewegungskontakts, sondern durch das Übertragungselement in Schließstellung gehalten. Dadurch wird das Risiko einer Veränderung des Schaltverhaltens durch das Nachlassen der Federkraft des Bewegungskontakts verringert. Der Bewegungskontakt kann in Schließstellung nicht „ermüden“. Aufgrund dessen wird durch die erfindungsgemäße Schalteinrichtung deren Haltbarkeit verlängert und die Betriebssicherheit verbessert. Durch das Schalten der Bimetallsprungscheibe bei Erreichen der Sprungtemperatur wird die Metallscheibe ebenfalls geschaltet, indem sich die Bimetallsprungscheibe und somit auch die Metallscheibe in Richtung der Grundplatte wölben. Bei einem Temperaturbedingten Rückschalten der Bimetallsprungscheibe verbleibt die Metallscheibe in ihrer geschalteten Position.
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Zweckmäßigerweise kann an der Unterseite des Gehäuses eine Grundplatte vorgesehen sein und sich die bistabile Metallscheibe zwischen Bimetallsprungscheibe und Grundplatte befinden. Mittels der Grundplatte kann die thermische Schalteinrichtung in einfacher Weise an eine Heizeinrichtung angebracht werden. Die Grundplatte ist vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt, um einen guten Wärmeübertrag von der Heizeinrichtung auf die Metallscheibe und/oder die Bimetallsprungscheibe zu gewährleisten. Vorzugsweise kann zur Aufnahme der bistabilen Metallscheibe und/oder der Bimetallsprungscheibe eine Ausnehmung im Gehäuse oder in der Grundplatte vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung weist die Bimetallsprungscheibe eine Durchbrechung oder ein Loch, insbesondere ein Mittelloch, innerhalb der Bimetallsprungscheibe auf. Vorzugsweise bewegt sich das Übertragungselement durch das Loch der Bimetallsprungscheibe und liegt auf der Oberseite der Metallscheibe auf. Dadurch kann die Bimetallsprungscheibe auch bei nach unten gewölbter Metallscheibe rückschalten, ohne dass der Bewegungskontakt wieder geschlossen wird.
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Der Durchmesser des Mittellochs ist hierbei größer als der Durchmesser des Übertragungselements, sodass zwischen dem Übertragungselement und der Bimetallsprungscheibe ein Ringspalt entsteht.
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In vorteilhafter Weise sind die Bimetallsprungscheibe und die Metallscheibe im Bereich einer unteren Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Ferner können im Gehäuse bzw. im Bereich der Ausnehmung des Gehäuses Nuten oder Vorsprünge vorgesehen sein, die zur Halterung der Bimetallsprungscheibe bzw. der Metallscheibe dienen.
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Zweckmäßigerweise befindet sich die Metallscheibe unterhalb und in direktem Kontakt mit der Bimetallsprungscheibe. Daraus resultiert eine optimale Wärmeübertragung von der Grundplatte bzw. der Heizeinrichtung über die Metallscheibe hin zur Bimetallsprungscheibe.
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Vorzugsweise besitzt die Metallscheibe mittig einen abgeflachten Bereich, der zur Kontaktierung des Übertragungselements dient. Dadurch, dass dieser Kontaktbereich der Metallscheibe abgeflacht ist, steht das Übertragungselement mit der Unterseite stets senkrecht auf der Metallscheibe auf, wodurch eine geradlinige und kontrollierte Bewegung des Übertragungselements innerhalb des Gehäuses sichergestellt wird.
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In vorteilhafter Weise kann im Bereich der Metallscheibe eine, vorzugsweise manuelle, Rückstellvorrichtung zum Rückstellen bzw. zum Rückschalten der Metallscheibe vorgesehen sein. Dadurch kann der Bewegungskontakt bei Bedarf über die Metallscheibe und das Übertragungselement wieder in die Schließposition gebracht werden. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes MOD (Multiple Operation Device).
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Vorzugsweise sind die Rückstellvorrichtung und die Metallscheibe derart ausgelegt, dass eine manuelle Betätigung der Rückstellvorrichtung und damit der bistabilen Metallscheibe unterhalb der Sprungtemperatur der Bimetallsprungscheibe (d. h. bei nach oben gewölbter Bimetallsprungscheibe) in beiden Richtungen möglich ist. Jedoch ist ein manuelles Rückschalten der Metallscheibe, d. h. ein Schließen der Kontaktstrecke, oberhalb der Sprungtemperatur nicht möglich. Eine manuelle Umgehung des Abschaltmechanismus der thermischen Schalteinrichtung wird demnach verhindert. Dadurch können thermische Schalteinrichtungen, die beispielsweise eine Überhitzung eines Bauelements verhindern sollen, wie z. B. innerhalb einer Kabeltrommel, die sich im zusammengerollten Zustand bei erhöhter Leistung erhitzt, nicht vom Anwender manipuliert werden, um Zeit während des Abkühlvorgangs zu sparen. Die Sicherheit der thermischen Schalteinrichtung wird dadurch in besonderem Maße erhöht.
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Vorzugsweise ist als Rückstellvorrichtung ein an der Metallscheibe angebrachter und von der Metallscheibe seitlich wegragender Rückstellhebel vorgesehen. Dadurch kann die Metallscheibe in einfacher Weise vom Anwender zurückgeschaltet werden. Ferner kann an der Oberseite bzw. am oberen Ende des Rückstellhebels ein Rückstellknopf vorgesehen sein.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann als Rückstellvorrichtung ein mit mindestens einem Rückstellhebel versehener Spreizelementring vorgesehen sein. Der Spreizelementring ist vorzugsweise zwischen Metallscheibe und Grundplatte angeordnet. Der Spreizelementring wird hierbei in einfacher Weise unterhalb der Metallscheibe und oberhalb der Grundplatte im Inneren der Ausnehmung des Gehäuses installiert. Das Befestigen des Rückstellhebels an der Metallscheibe kann hierdurch entfallen. Zudem kann der Spreizelementring in einfacher Weise eingelegt werden. Der Montageprozess wird dadurch erheblich erleichtert.
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Vorzugsweise kann der Rückstellhebel von der bistabilen Metallscheibe oder vom Spreizelementring schräg nach oben gerichtet abstehen. Hierdurch ist der Rückstellhebel für den Anwender gut zugänglich. Der Rückstellhebel und die Metallscheibe bzw. der Spreizelementring können einstückig vorliegen, d. h. dass der Rückstellhebel integraler Bestandteil der Metallscheibe bzw. des Spreizelementrings ist. Hierbei kann der Herstellungsprozess erheblich vereinfacht werden, indem die Metallscheibe bzw. der Spreizelementring inklusive des Rückstellhebels in einfacher Weise einstückig gestanzt oder geformt werden. Alternativ kann der Rückstellhebel auch mit der Metallscheibe bzw. dem Spreizelementring z. B. durch eine Löt- oder Schweißverbindung verbunden sein.
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Zweckmäßigerweise besitzt der Spreizelementring einen Ringkörper sowie mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von nach innen orientierten Spreizlappen. Durch die Betätigung des Spreizlappens über einen dem jeweiligen Spreizlappen zugeordneten Rückstellhebel wird die Metallscheibe manuell zurückgeschaltet.
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In vorteilhafter Weise kann am Gehäuse ein Rückstellknopf zur manuellen Betätigung der Rückstellvorrichtung vorgesehen sein, der das Gehäuse in dessen oberen Bereich von der Oberseite her zumindest zum Teil umgreift. Daraus resultiert der Vorteil, dass der Rückstellknopf vom Anwender mittig von oben her betätigt werden kann. Ferner ist der Rückstellknopf am Gehäuse verschiebbar angeordnet und wird entlang der Bewegungsrichtung des Übertragungselements, d. h. senkrecht von oben nach unten, bewegt. Hierbei sind eine erste obere Position und eine zweite untere Position des Rückstellknopfs vorgesehen. Der Rückstellknopf befindet sich in der ersten oberen Position im ungedrückten Zustand und in der zweiten unteren Position im gedrückten Zustand.
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Vorzugsweise besitzt der Rückstellknopf mindestens ein Halteelement, wie z. B. einen Vorsprung oder einen Dorn, an der Innenseite des Rückstellknopfes. Ferner weist das Gehäuse mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme des Halteelements auf. Bei der Ausnehmung handelt es sich insbesondere um eine Nut oder Schiene, die an der Seite des Gehäuses angeordnet ist. Derartige Ausnehmungen sind oftmals bereits an herkömmlichen Gehäusen von thermischen Schalteinrichtungen vorgesehen. Daraus resultiert der Vorteil, dass bereits bestehende thermische Schalteinrichtungen in einfacher Weise mit dem Rückstellknopf nachgerüstet werden können, ohne eine Gehäuseanpassung vorzunehmen. Die Ausnehmung und das Halteelement sind derart ausgestaltet, dass der Rückstellknopf in einer geraden und gleichmäßigen Bewegung senkrecht entlang der Ausnehmung des Gehäuses zwischen der ersten oberen und der zweiten unteren Position bewegt werden kann.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Rückstellknopf mindestens einen seitlich angebrachten Vorsprung zum Betätigen der Rückstellvorrichtung. Der Vorsprung steht hierbei zumindest zeitweise mit der Rückstellvorrichtung in Kontakt und dient als Anschlag für den Rückstellhebel der Metallscheibe bzw. des Spreizelementrings. Daraus resultiert der Vorteil, dass der Rückstellhebel über den Vorsprung des Rückstellknopfes betätigt werden kann, wenn der Rückstellknopf in die zweite untere Position bewegt wird, und dass der Rückstellknopf durch den Rückstellhebel beim Schalten der bistabilen Metallscheibe in die obere erste Position bewegt und dort gehalten wird.
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Ferner kann der Rückstellknopf aus temperaturstabilen und/oder stromisolierenden Material, wie z. B. Kunststoff oder Keramik, gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Rückstellknopf als Kunststoffformteil ausgestaltet. Dadurch, dass hierbei das Risiko einer Verbrennung und/oder eines Stromunfalles vermindert wird, wird die Sicherheit des Anwenders zusätzlich erhöht.
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Neben- oder untergeordnet beansprucht die vorliegende Erfindung auch eine thermische Schalteinrichtung, bei der zwischen Gehäuse und Bimetallsprungscheibe ein Anpresselement vorgesehen ist, welches die Bimetallsprungscheibe in Richtung der bistabilen Metallscheibe drückt. Daraus resultiert der Vorteil, dass sich die Reaktionszeit des Schaltvorgangs der Bimetallsprungscheibe verringert. Zudem kann das Rückschalten der Bimetallsprungscheibe beim Unterschreiten der Rückschalttemperatur begünstigt werden. Ebenso bewirkt das Anpresselement eine Lagefixierung der Bimetallsprungscheibe und/oder der Metallscheibe.
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Vorzugsweise ist als Anpresselement eine ringartig ausgebildete Anpressfeder vorgesehen. Die Anpressfeder kann in einfacher Weise oberhalb der Bimetallsprungscheibe installiert werden. Durch die ringartige Ausgestaltung kann ein über die gesamte Fläche der Bimetallsprungscheibe einheitlich ausgeübter Druck aufgebracht werden, der die Bimetallsprungscheibe stets in Position hält.
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Ferner besitzt die Anpressfeder ein Loch, insbesondere ein Mittelloch, sowie mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier oder mehr Flügel, die nach außen orientiert sind. Das Loch innerhalb der Anpressfeder dient zur Aufnahme des Übertragungselements. Dadurch kann die Anpressfeder oberhalb der Bimetallsprungscheibe in einfacher Weise eingelegt werden. Der erforderliche Materialschluss zwischen Bimetallsprungscheibe und Metallscheibe wird durch einen von den Flügeln der Anpressfeder in Richtung Metallscheibe ausgeübten Druck sichergestellt. Die Anpressfeder ist hierbei derart dimensioniert, dass aufgrund des von der Anpressfeder ausgeübten Drucks kein Rückschalten der Bimetallsprungscheibe bzw. der bistabilen Metallscheibe insbesondere oberhalb der Sprungtemperatur erfolgen kann. Zwischenräume zwischen Bimetallsprungscheibe und Metallscheibe, welche die Wärmeübertragung behindern, werden vermieden. Die Reaktionszeit beim Schaltvorgang wird noch zusätzlich verbessert.
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Zweckmäßigerweise können die Flügel in Richtung Bimetallsprungscheibe oder auch entgegengesetzt gebogen sein, um den Anpressdruck der Bimetallsprungscheibe auf die Metallscheibe noch zusätzlich zu erhöhen. Um einen gleichmäßigen Anpressdruck zu erzeugen, sind die Flügel jeweils mit gleichem Abstand entlang des Umfangs der Anpressfeder verteilt.
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In vorteilhafter Weise können die Flügel an den äußeren Enden Verbreiterungen aufweisen, welche kreisabschnittförmig ausgestaltet sind, sodass die Umrandung der Anpressfeder eine im Wesentlichen runde Außenkontur besitzt. Dadurch kann die Anpressfeder beispielsweise über die Dome der Grundplatte in einfacher Weise positioniert bzw. zentriert werden, bevor das mittig angeordnete Übertragungselement installiert wird. Dadurch wird eine verbesserte Zentrierung und Assemblierung bei der Montage der thermischen Schalteinrichtung erreicht.
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Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungsfiguren nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Schalteinrichtung;
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2a eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 1 mit geschlossener Kontaktstrecke in Frontalansicht;
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2b eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 1 mit geschalteter Bimetallsprungscheibe und geöffneter Kontaktstrecke in Frontalansicht;
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2c eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 1 mit geöffneter Kontaktstrecke, rückgeschalteter Bimetallsprungscheibe und nicht rückgeschalteter Metallscheibe in Frontalansicht;
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3a eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 1 mit geöffneter Kontaktstrecke, rückgeschalteter Bimetallsprungscheibe und nicht rückgeschalteter Metallscheibe in Seitenansicht;
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3b eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 1 mit geschlossener Kontaktstrecke und rückgeschalteter Metallscheibe in Seitenansicht;
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4 eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Schalteinrichtung;
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5a eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 4 mit geschlossener Kontaktstrecke in Frontalansicht;
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5b eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 4 mit geschalteter Bimetallsprungscheibe und geöffneter Kontaktstrecke in Frontalansicht;
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5c eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 4 mit geöffneter Kontaktstrecke, rückgeschalteter Bimetallsprungscheibe und nicht rückgeschalteter Metallscheibe in Seitenansicht;
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6a eine vereinfachte Seitenansicht des Spreizelementrings aus 4;
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6b eine vereinfachte Draufsicht des Spreizelementrings aus 4;
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7 eine Explosionsdarstellung einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Schalteinrichtung mit Anpressfeder;
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8a eine vereinfachte Darstellung der Anpressfeder aus 7 in Seitenansicht;
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8b eine vereinfachte Darstellung der Anpressfeder aus 7 in Draufsicht;
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9a eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der Anpressfeder in Seitenansicht;
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9b eine vereinfachte Darstellung der Anpressfeder aus 9a in Draufsicht;
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10 eine vergrößerte Querschnittdarstellung des unteren Teilbereichs der thermischen Schalteinrichtung aus 7 bei geschlossener Kontaktstrecke in Frontalansicht;
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11a eine vereinfachte Schnittdarstellung einer dritten Ausgestaltung der Anpressfeder;
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11b eine vereinfachte Darstellung der Anpressfeder aus 11a in Draufsicht;
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12a eine vereinfachte Seitenansicht einer vierten Ausgestaltung der Anpressfeder;
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12b eine vereinfachte Darstellung der Anpressfeder aus 12a in Draufsicht;
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13 eine Darstellung einer vierten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Schalteinrichtung mit Rückstellknopf;
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14a eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 13 mit geschalteter Bimetallsprungscheibe und geöffneter Kontaktstrecke in Seitenansicht, sowie
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14b eine vereinfachte Querschnittdarstellung der thermischen Schalteinrichtung aus 13 mit geschlossener Kontaktstrecke, rückgeschalteter Bimetallsprungscheibe und rückgeschalteter Metallscheibe in Seitenansicht.
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Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet die erfindungsgemäße thermische Schalteinrichtung in ihrer Gesamtheit. Die thermische Schalteinrichtung 1 besitzt ein Gehäuse 2 mit einer unterseitigen Ausnehmung 3 und einer, in 1 nicht dargestellten, inneren Durchgangsöffnung 13 zur Aufnahme eines Übertragungselements 9. An der Oberseite des Gehäuses 2 sind zwei Anschlusskontakte 10, 11 vorgesehen, über welche die thermische Schalteinrichtung 1 in einen, nicht dargestellten, Stromkreis einer zu sichernden und/oder zu regelnden Heizeinrichtung eines Gerätes angeschlossen werden kann. Die Anschlusskontakte 10, 11 können hierbei, wie in 1 dargestellt, rechtwinklig nach oben abstehen, seitlich abstehen oder in irgendeiner anderen Form an die Geometrie der Anschlüsse des Stromkreises der Heizeinrichtung angepasst sein. Die Anschlusskontakte 10, 11 sind vorzugsweise als Flachkontakte ausgebildet, die zudem eine Oberflächenstruktur, insbesondere eine wellige Oberflächenstruktur, zur verbesserten Kontaktierung bei Löt- und Schweißverbindungen aufweisen können.
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Am Anschlusskontakt 11 befindet sich ein Bewegungskontakt 5, welcher als Kontaktfeder ausgebildet ist. Am offenen Ende des Bewegungskontakts 5 befindet sich ein Kontaktpad 5a zur Kontaktierung des Bewegungskontakts 5 mit einem, in 1 nicht dargestellten, Festkontakt 6 an der Unterseite des Anschlusskontakts 10. Der Bewegungskontakt 5 und der Festkontakt 6 bilden hierbei eine Kontaktstrecke, die in den (nicht dargestellten) Stromkreis der Heizeinrichtung zwischengeschaltet wird und wahlweise über den Bewegungskontakt 5 geöffnet oder geschlossen werden kann.
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An der Unterseite des Gehäuses 2 der thermischen Schalteinrichtung 1 befindet sich eine vorzugsweise aus Metall bestehende Grundplatte 4, die für den Anwender nicht lösbar mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Die Verbindung von Grundplatte 4 und Gehäuse 2 erfolgt über Klammern 4a an der Grundplatte 4, die am Gehäuse 2 eingehakt werden können. Zudem besitzt die Grundplatte 4 Dome 4b, die zur Lagefixierung des Gehäuses 2 und darin angeordneten Bauteilen dienen. Mittels der Grundplatte 4 kann die thermische Schalteinrichtung 1 direkt auf die (nicht dargestellte) Heizeinrichtung, z. B. dem Mäander einer Dickschichtheizung, aufgebracht werden. Die Befestigung der Grundplatte 4 kann hierbei durch eine Klebeverbindung, Schraubverbindung, Klemmverbindung oder dergleichen hergestellt werden. Hierzu kann die Grundplatte 4 je nach Befestigungsmethode Bohrlöcher, Durchbrechungen, Gewinde oder sonstige Befestigungsvorrichtungen aufweisen.
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Ferner umfasst die thermische Schalteinrichtung 1 eine Bimetallsprungscheibe 7 und eine bistabile Metallscheibe 8, insbesondere eine als Schnappscheibe ausgebildete Stahlscheibe. Die Bimetallsprungscheibe 7 und die Metallscheibe 8 befinden sich oberhalb der Grundplatte 4 und sind innerhalb der Ausnehmung 3 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Dome 4b dienen hierbei dazu, die Bimetallsprungscheibe 7 und die Metallscheibe 8 lagestabil zu halten, insbesondere während der werkseitigen Montage von Bimetallsprungscheibe 7 und Metallscheibe 8. Die bistabile Metallscheibe 8 ist hierbei zwischen Grundplatte 4 und Bimetallsprungscheibe 7 angeordnet. Dadurch befindet sich die Metallscheibe 8 direkt unterhalb der Bimetallsprungscheibe 7. Die Metallscheibe 8 kann einen mittig angeordneten, ringartig ausgebildeten, abgeflachten oder leicht gewölbten Bereich 8a aufweisen. Der Bereich 8a dient zur Kontaktierung bzw. als Auflagefläche des Übertragungselements 9. Das Übertragungselement 9 ist als Isolierstift ausgebildet und befindet sich oberhalb der Metallscheibe 8 im Inneren der, in 1 nicht dargestellten, Durchgangsöffnung 13 des Gehäuses 2. Das Übertragungselement 9 kontaktiert den Bewegungskontakt 5 von unten. Die Bimetallsprungscheibe 7 weist ein Loch 14, insbesondere ein Mittelloch, zur Aufnahme des Übertragungselements 9 auf. Der Durchmesser des Lochs 14 ist vorzugsweise derart gewählt, dass zwischen Übertragungselement 9 und Bimetallsprungscheibe 7 ein Ringspalt 15 entsteht. Dadurch kann die Bimetallsprungscheibe 7 störungsfrei entlang der Längsachse des Übertragungselements 9 bewegt werden.
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Wie in 1 dargestellt, befindet sich im Bereich der Metallscheibe 8 eine Rückstellvorrichtung bzw. ein Rückstellhebel 16 zum manuellen Rückschalten der Metallscheibe 8 nach einer temperaturbedingten Schaltung der Bimetallsprungscheibe 7. Der Rückstellhebel 16 kann hierbei mit der Metallscheibe 8 z. B. über eine Löt- oder Schweißverbindung dauerhaft verbunden sein oder integraler Bestandteil der Metallscheibe 8 sein. Der Rückstellhebel 16 kann, je nach Geometrie der thermischen Schalteinrichtung 1, in unterschiedlichen Winkeln seitlich vom Gehäuse 2 abstehen. Zudem kann der Rückstellhebel 16 auch mittels einer (in 1 nicht dargestellten) Bedienungsvorrichtung, wie z. B. ein Schaltknopf oder Schalthebel, betätigt werden.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen die thermische Schalteinrichtung 1 aus 1 in unterschiedlichen Schaltstellungen. 2a zeigt die thermische Schalteinrichtung 1 in ihrer Grundstellung mit geschlossener Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6. Der Bewegungskontakt 5 ist hierbei zwischen Festkontakt 6 und Grundplatte 4 innerhalb einer Ausnehmung 12 angeordnet und kontaktiert mit dem Kontaktpad 5a am offenen Ende des Bewegungskontakts 5 den Festkontakt 6. Der Bewegungskontakt 5 ist mittels einer Befestigung 5c am Anschlusskontakt 11 angebracht. Das Übertragungselement 9, welches die Durchgangsöffnung 13 innerhalb des Gehäuses 2 durchgreift, kontaktiert einen mittig angeordneten Kontaktvorsprung 5b des Bewegungskontakts 5 und drückt den Bewegungskontakt 5 mit dem Kontaktpad 5a gegen den Festkontakt 6. Das Übertragungselement 9 hält den Bewegungskontakt 5 auf diese Weise in Schließposition. Die Schließkraft des Bewegungskontaktes 5 wird im Wesentlichen durch das Übertragungselement 9 bestimmt.
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Im unteren Bereich der thermischen Schalteinrichtung 1 sind zwischen Gehäuse 2 und Grundplatte 4 die Bimetallsprungscheibe 7 und die Metallscheibe 8 innerhalb einer Ausnehmung 3 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Metallscheibe 8 befindet sich hierbei zwischen Grundplatte 4 und Bimetallsprungscheibe 7. Die Metallscheibe 8 kontaktiert die Unterseite des Übertragungselements 9. Die durch die Spannkraft der Metallscheibe 8 ausgeübte, nach oben gerichtete Kraft wird durch das Übertragungselement 9 auf den Bewegungskontakt 5 übertragen.
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Die Schaltstellung der thermischen Schalteinrichtung 1 gemäß 2a zeigt die thermische Schalteinrichtung 1 mit geschlossenem Stromkreislauf. Wenn die Heizeinrichtung die ausgewählte Abschalttemperatur erreicht, erwärmt sich die Bimetallsprungscheibe 7 und springt in eine nach unten gewölbte Form, vgl. 2b. Hierbei springt durch das Schalten der Bimetallsprungscheibe 7 die Metallscheibe 8 ebenfalls in eine nach unten gewölbte Form. Die Federkraft des Bewegungskontakts 5 drückt das Übertragungselement 9 in Richtung Grundplatte 4, wodurch der Kontakt zwischen dem Kontaktpad 5a und dem Festkontakt 6 geöffnet wird.
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Nach dem Abschalten der Heizeinrichtung kühlt die Heizeinrichtung ab, wodurch die Bimetallsprungscheibe 7 wieder gemäß 2c bzw. 3a zurückgeschaltet wird. Die Metallscheibe 8 mit dem darauf befindlichen Übertragungselement 9 verbleibt jedoch in der nach unten gewölbten Position. Die Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 bleibt gemäß 2c und 3a weiterhin offen. Das Übertragungselement 9 durchgreift das Loch 14 der Bimetallsprungscheibe 7.
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Ein Schließen der Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 kann in diesem Schaltzustand nur durch ein Rückschalten der Metallscheibe 8 erfolgen. Dies erfolgt manuell durch den Anwender. Der Anwender drückt hierzu den Rückstellhebel 16 nach unten, wodurch die Metallscheibe 8 wieder nach oben schnappt, vgl. 3b. Dadurch wird das Übertragungselement 9 wieder nach oben in Richtung Bewegungskontakt 5 gedrückt, um die Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 wieder zu schließen.
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Der Anwender kann bei Bedarf die Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 auch wahlweise über den Rückstellhebel 16 öffnen, indem er den Rückstellhebel 16 nach oben bewegt und somit die Metallscheibe 8 nach unten wölbt. Dadurch kann die Heizeinrichtung auch manuell durch den Anwender und unabhängig von der Heizungstemperatur abgeschaltet werden.
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Bezugsziffer 30 in 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Schalteinrichtung. Diese Ausgestaltung umfasst eine Metallscheibe 8 ohne Rückstellhebel 16. Als Rückstellvorrichtung ist gemäß dieser Ausgestaltungsform ein zwischen Metallscheibe 8 und Grundplatte 4 angeordneter Spreizelementring 17 vorgesehen. Der Spreizelementring 17 liegt hierbei, wie in 5a dargestellt, auf der Grundplatte 4 auf. Nach erfolgtem Öffnen der Kontaktstrecke aufgrund des Erreichens der Abschalttemperatur der thermischen Schalteinrichtung 30 liegt die nach unten gewölbte Metallscheibe 8 auf dem Spreizelementring 17 auf, vgl. 5b. Nach erfolgtem Abkühlen und Rückschalten der Bimetallsprungscheibe 7 verbleibt die Metallscheibe 8 in der nach unten gewölbten Position, vgl. 5c. Die Metallscheibe 8 kann anschließend durch den Anwender mittels des Spreizelementrings 17 zurückgeschaltet werden. Das Rückschalten erfolgt hierbei manuell mittels zweier seitlich am Spreizelementring 17 angeordneter Rückstellhebel 19, 20.
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Der in 4 gezeigte Spreizelementring 17 ist in 6a in einer Seitenansicht und in 6b in einer Draufsicht dargestellt. Der Spreizelementring 17 umfasst einen Ringkörper 18, an dessen Außenseite sich zwei gegenüber angeordnete Rückstellhebel 19, 20 befinden. An der Innenseite des Ringkörpers 18 befinden sich zwei gegenüber angeordnete Verbreiterungen 23, 24, die zur Stabilisierung des Spreizelementrings 17 während des Betätigens der Rückstellhebel 19, 20 dienen. Im Inneren des Spreizelementrings 17 befinden sich zwei nach Innen ragende Spreizlappen 21, 22. Durch ein Nachuntendrücken der Rückstellhebel 19, 20 werden die Spreizlappen 21, 22 nach oben in Richtung Metallscheibe 8 bewegt und die Metallscheibe 8 dementsprechend nach oben gewölbt bzw. zurückgeschaltet.
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Gemäß 6a können die Spreizlappen 21, 22 im Gegensatz zum Ringkörper 18 leicht nach unten orientiert sein. Dadurch wird der Spreizelementring 17 auch im nicht geschalteten Zustand, d. h. bei geschlossener Kontaktstrecke, leicht nach oben in Richtung Metallscheibe 8 gedrückt. Dadurch kann ein besserer Wärmekontakt zwischen Grundplatte 4, Spreizelementring 17, Metallscheibe 8 und somit auch Bimetallsprungscheibe 7 gewährleistet werden.
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Bezugsziffer 40 in 7 zeigt die thermische Schalteinrichtung mit einem Anpresselement bzw. einer Anpressfeder 25, die sich oberhalb der Bimetallsprungscheibe 7 befindet. Die Anpressfeder 25 dient dazu, die Bimetallsprungscheibe 7, vorzugsweise in jedem Schaltzustand, nach unten in Richtung Metallscheibe 8 zu drücken. Dadurch wird ein verbesserter Wärmetransport über die Grundplatte 4 und die Metallscheibe 8 hin zur Bimetallsprungscheibe 7 erreicht. Zudem wird die Bimetallsprungscheibe 7 durch die Anpressfeder 25 stets in Position gehalten, unabhängig von der Einbaulage.
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In 8a und 8b ist die Anpressfeder 25 aus 7 dargestellt. Die Anpressfeder 25 besitzt einen Ringkörper 26 mit einem mittig angeordneten Loch 28 und vier Flügel 27, die, wie in 8a gezeigt, leicht nach unten in Richtung Bimetallsprungscheibe 7 gebogen sind. Durch die nach unten gerichteten Flügel 27 wird der Druck auf die Bimetallsprungscheibe 7 zusätzlich erhöht und ein Verrutschen der Anpressfeder 25 verhindert. Das Loch 28 dient hierbei dazu, das Übertragungselement 9, wie in 7 und 10 dargestellt, aufzunehmen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Anpressfeder 25 ist in den 9a und 9b dargestellt. Diese Ausgestaltung der Anpressfeder 25 besitzt lediglich drei Flügel 27, die gemäß 9a ebenfalls leicht nach unten in Richtung Bimetallsprungscheibe 7 gebogen sind.
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In 11a und 11b ist eine dritte Ausgestaltung der Anpressfeder 25 dargestellt. Die vier Flügel 27 der Anpressfeder 25 weisen an den distalen Enden der Flügel 27 Verbreiterungen 29 auf. Ferner zeigen die 12a und 12b eine vierte Ausgestaltung der Anpressfeder 25 mit drei Flügeln 27 und Verbreiterungen 29 an den distalen Enden der Flügel 27. Die Verbreiterungen 29 sind kreisabschnittförmig ausgestaltet, sodass der Außenrand der Verbreiterungen 29 eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur der Anpressfeder 25 bildet. Dadurch kann die Anpressfeder 25 in einfacher Weise assembliert werden, wobei die kreisförmige Außenkontur, die durch die kreisabschnittförmigen Verbreiterungen 29 gebildet wird, zwischen den Domen 4b der Grundplatte 4 eingelegt werden kann. Somit wird ein Verrutschen der Anpressfeder 25 verhindert, bevor das Übertragungselement 9 eingesetzt wird. Der Montagevorgang wird dadurch in besonderem Maße vereinfacht.
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Bezugsziffer 50 in 13 bezeichnet die thermische Schalteinrichtung in einer weiteren Ausgestaltung. Die thermische Schalteinrichtung 50 umfasst einen, vorzugsweise als Kunststoffformteil gefertigten, Rückstellknopf 51, der zur manuellen Betätigung des Rückstellhebels 16 dient. Der Rückstellknopf 51 umfasst (in 13 nicht dargestellte) Halteelemente 53, die in seitlich angebrachte Nuten 52 des Gehäuses 2 eingreifen. Die Nuten 52 des Gehäuses 2 sind hierbei nach oben in Richtung Rückstellknopf 51 geschlossen, um zu verhindern, dass sich der Rückstellknopf 51 nach oben hin von der thermischen Schalteinrichtung 50 löst. Ferner weist der Rückstellknopf 51 einen Vorsprung 54 auf, der dazu vorgesehen ist, die Rückstellvorrichtung bzw. den Rückstellhebel 16 zu betätigen.
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14a und 14b zeigen den Rückschaltvorgang des Rückstellknopfes 51. In 14a ist die thermische Schalteinrichtung 50 in ausgeschaltetem Zustand dargestellt, d. h. die Bimetallsprungscheibe 7 sowie die bistabile Metallscheibe 8 sind geschaltet, wobei die Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 geöffnet ist. Ferner befindet sich der Rückstellknopf 51 in der ersten oberen Position. Nach dem Abkühlen der thermischen Schalteinrichtung 51, unterhalb der Sprungtemperatur der Bimetallsprungscheibe 7 und damit dem Zurückschalten der Bimetallsprungscheibe 7, ist es möglich, die bistabile Metallscheibe 8 durch die Betätigung des Rückstellhebels 16 über den Rückstellknopf 51 zurückzuschalten.
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Das Rückschalten der bistabilen Metallscheibe 8 erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass der Rückstellknopf 51 vorzugsweise manuell durch den Anwender von der ersten oberen Position entlang der Bewegungsrichtung des Übertragungselements 9 in die zweite untere Position bewegt wird. Wie in 14b gezeigt, wird dadurch der Rückstellhebel 16 über den Vorsprung 54 nach unten in Richtung Grundplatte 4 gedrückt, wodurch die bistabile Metallscheibe 8 zurückgeschaltet wird, d. h. nach oben gewölbt wird, um die Kontaktstrecke zwischen Bewegungskontakt 5 und Festkontakt 6 über das Übertragungselement 9 zu schließen. Sobald kein (manueller) Druck auf den Rückstellknopf 51 wirkt, bewegt sich der Rückstellhebel 16 nach oben in Richtung Rückstellknopf 51. Dadurch wird der Rückstellknopf 51 über den Vorsprung 54 von der zweiten unteren Position in die erste obere Position bewegt (vgl. 14a). Der Rückstellhebel 16 kann anschließend nach einem erneuten Überschreiten der Sprungtemperatur bzw. dem Schalten der Bimetallsprungscheibe 7 erneut über den Rückstellknopf 51 betätigt werden, sobald die Sprungtemperatur der Bimetallsprungscheibe 7 unterschritten und die Bimetallsprungscheibe 7 zurückgeschaltet ist. Der Rückstellhebel 16 übt sowohl im geschalteten Zustand als auch im ungeschalteten Zustand der bistabilen Metallscheibe 8 einen leichten Druck nach oben auf den Rückstellknopf 51 aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Thermische Schalteinrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Grundplatte
- 4a
- Klammer
- 4b
- Dom
- 5
- Bewegungskontakt
- 5a
- Kontaktpad
- 5b
- Kontaktvorsprung
- 5c
- Befestigung
- 6
- Festkontakt
- 7
- Bimetallsprungscheibe
- 8
- Metallscheibe
- 8a
- Bereich
- 9
- Übertragungselement
- 10
- Anschlusskontakt
- 11
- Anschlusskontakt
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Loch
- 15
- Ringspalt
- 16
- Rückstellhebel
- 17
- Spreizelementring
- 18
- Ringkörper
- 19
- Rückstellhebel
- 20
- Rückstellhebel
- 21
- Spreizlappen
- 22
- Spreizlappen
- 23
- Verbreiterung
- 24
- Verbreiterung
- 25
- Anpressfeder
- 26
- Ringkörper
- 27
- Flügel
- 28
- Loch
- 29
- Verbreiterung
- 30
- Thermische Schalteinrichtung
- 40
- Thermische Schalteinrichtung
- 50
- Thermische Schalteinrichtung
- 51
- Rückstellknopf
- 52
- Nut
- 53
- Halteelement
- 54
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19706316 A1 [0007]
- DE 19801251 C2 [0007]
