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Die
Erfindung betrifft einen Thermoschalter, einen elektrischen Schaltkreis
mit einem solchen Thermoschalter, ein Verfahren zum Implementieren einer
temperaturabhängigen
Schaltfunktion und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Thermoschalters
in einem elektrischen Schaltkreis.
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Thermoschalter
dienen zur Temperaturüberwachung
in elektrischen Geräten,
wie bspw. in Haartrocknern oder Heizlüftern, und sind üblicherweise mit
einem wärmeempfindlichen
Element ausgestattet, das bei Erreichen einer bestimmten Temperatur bewirkt,
daß ein
elektrischer Kontakt unterbrochen oder hergestellt wird. Die Schalttemperatur
ist dabei durch Auswahl des Materials und die Geometrie des wärmeempfindlichen
Elements vorgegeben.
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Der
erfindungsgemäße Thermoschalter dient
dazu, in einem Stromkreis als Reaktion auf eine Temperaturänderung,
bspw. aufgrund des durch die Anordnung fließenden Stroms, diesen zu unterbrechen,
zu schließen
oder durch einen Wechselkontakt eine Umschaltung vorzunehmen.
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Somit
können
mit Hilfe des Thermoschalters Geräte vor Über- oder Unterschreiten definierter Temperaturen
in der Anwendung geschützt
werden. Insbesondere eine Überhitzung
bedeutet auch immer eine Brandgefahr, weshalb Thermoschalter häufig in einer
Anwendung so angeordnet sind, daß diese bei Überschreiten
einer vorgegebenen Temperatur schalten und den gefährdeten
Verbraucher von der Energiezufuhr trennen.
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Eine
andere Einsatzmöglichkeit
sieht vor, diesen zur Strombegrenzung, als anderweitigen Schutz
oder als Regelelement einzusetzen.
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Thermoschalter
als diskrete Bauteile sind bekannt und in unterschiedlichen Ausführungsformen
erhältlich. Üblicherweise
haben diese ein elektrisch isolierendes Trägermaterial, auf oder in (z.B. umspritze
Anschlüsse)
dem die benötigten
nach außen
führenden
Kontakte und das wärmeempfindliche Element,
bspw. ein Bi- oder Mehrfachmetall, auf geeignete Weise fixiert oder
befestigt sind. Diese Schalter werden als einzelne, für sich selbst
funktionsfähige
Komponenten auf dem Markt angeboten.
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In
der Druckschrift
DE
33 19 225 A1 ist ein Thermoschalter beschrieben, der eine
Kontaktzunge aufweist, die von einer Bimetall-Sprungscheibe beaufschlagbar
ist, so daß die
Kontaktzunge bei Beaufschlagung von ihrem Gegenkontakt abhebt. Die
Kontaktzunge umfaßt
eine etwa parallel zu der Achse der Bimetall-Sprungscheibe zeigende
Kontaktlasche auf, die bei geschlossenem Kontakt die Kontaktfläche des
Gegenkontakts übergreift
und deren Ende bei offenem Kontakt nicht über der Kontaktfläche liegt.
Bei der beschriebenen Vorrichtung ist ein Trägeraufbau vorgesehen, an dem
die einzelnen Komponenten befestigt sind.
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Aus
der
DE 41 42 716 A1 ist
ein Thermoschalter bekannt, der auch zum Einsatz als Überstrom-Schutzschalter
geeignet ist. Bei diesem sind in einem Gehäuse eine Bimetall-Springscheibe mit
einem von einem Schaltstrom durchflossenen zugeordneten Widerstandselement
vorgesehen.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Thermoschalter sind als diskrete
Bauteile in elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen einsetzbar. Nachteilig
bei diesen ist, daß der
Nutzer, der diese in seiner Anwendung einsetzen möchte, durch
die gegebenen Geometrien und Maße
der Schalter, insbesondere in den Befestigungsanschlußpunkten,
in seinen Gestaltungsmöglichkeiten
beschränkt
bzw. festgelegt ist. Darüber
hinaus erfordert die Herstellung solcher Schalter einerseits eine
Reihe von Einzelkomponenten, deren Herstellung teuer und zeitaufwendig
ist, und andererseits eine Folge von Montagevorgängen, um die Einzelteile miteinander
zu verbinden.
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Demgegenüber sieht
der erfindungsgemäße Thermoschalter
zum Einsatz in einer elektrischen Schaltung lediglich einen wärmeempfindliches
Element vor.
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Der
erfindungsgemäße Thermoschalter
ist somit konstruktiv so gestaltet, daß eine maximal mögliche Einsparung
an Komponenten und Montagevorgängen
erreicht wird und außerdem
dem Nutzer erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten für dessen Anwendung
gegeben sind.
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Das
wärmeempfindliche
Element ist vorzugsweise aus einem Bimetall oder einem Mehrfachmetall
gefertigt.
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In
Ausgestaltung des Schalters kann dieser zusätzlich mit einem Kontakt versehen
werden.
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Vorzugsweise
ist ein Federelement, bspw. eine Sprungfeder vorgesehen, die mit
dem wärmeempfindlichen
Element zusammenwirkt. Das Federelement kann in diesem Fall der
Stromführung
dienen, und ist beispielsweise aus Kupfer-Beryllium gefertigt. In
diesem Fall ist zweckmäßigerweise
das Federelement als stromführendes
Element mit einem Kontakt versehen.
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Das
Federelement kann Konstruktionselemente aufweisen, in die das wärmeempfindliche
Element eingesetzt ist. Dieses Einsetzen ermöglicht die für ein Zusammenwirken
erforderliche Verbindung zwischen Federelement und wärmeempfindlichem Element.
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Das
wärmeempfindliche
Element kann auch beispielsweise durch Kleben, Quetschen, Schweißen, Nageln,
Nieten, Löten,
Klemmen, Schrauben usw. fest mit dem Federelement verbunden sein.
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Bei
dem erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreis
ist ein vorstehend beschriebener Thermoschalter eingesetzt. Dieser
kann auf geeignete Weise angeschweißt, angenietet, angelötet, angeschraubt,
angeklemmt, angequetscht oder auch angeklebt sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Implementieren einer temperaturabhängigen Schaltfunktion in einem
elektrischen Schaltkreis. Bei diesem wird ein erfindungsgemäßer Thermoschalter
an geeigneter Stelle in den Schaltkreis eingesetzt bzw. eingebracht.
Der Schalter kann dabei beispielsweise durch Anschweißen, Kleben,
Klemmen, Quetschen, Nieten, Löten,
Schrauben oder mittels Laserschweißens mit dem Schaltkreis verbunden
werden.
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Bei
dem Verfahren kann auch vorgesehen sein, daß der Thermoschalter zunächst an
einem Anschluß befestigt
wird und anschließend
dieser Anschluß zusammen
mit dem Thermoschalter in bzw. auf dem Trägermaterial befestigt wird.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung
des beschriebenen Thermoschalters in einem elektrischen Schaltkreis
oder einem Re gelkreis dient der Implementierung einer temperaturabhängigen Schaltfunktion.
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Der
erfindungsgemäße Thermoschalter zeichnet
sich dadurch aus, daß das
wärmeempfindliche
Element, bspw. ein Bi- oder Mehrfachmetallelement bzw. -streifen,
und ggf. noch weitere für
die Funktion des Schalters notwendigen Elemente nicht mehr, wie
im Stand der Technik bekannt, auf, an, oder in einem separaten elektrisch
isolierenden Trägermaterial
in irgendeiner Art fixiert oder befestigt sind, sondern direkt in
der Anwendung bzw. der Schaltung selbst eingesetzt sind. In der
Schaltung selbst ist der Thermoschalter vorzugsweise auch auf, an
oder in einem elektrisch isolierenden Trägermaterial angeordnet. Somit
kommen innerhalb der Anwendung nur noch die für die Funktion unbedingt benötigten Komponenten
zum Einsatz, was eine maximal mögliche
Einsparung an Einzelkomponenten bedeutet.
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Aufgrund
der Tatsache, daß herkömmliche Thermoschalter
zunächst
komplett hergestellt werden müssen,
um diese dann zu einem späteren
Zeitpunkt innerhalb eines Schaltkreises zu befestigen und zu kontaktieren,
ergibt sich ein weiteres Einsparungspotential, da erfindungsgemäß nur noch
vorbereitende und für
Fixierung bzw. Befestigung innerhalb der Anwendung notwendige Montagevorgänge realisiert
werden müssen.
Dadurch fallen teilweise Montagevorgänge, die für die Herstellung eines selbständig funktionsfähigen Schalters
notwendig sind, weg.
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Der
Nutzer sollte in seiner Anwendung definierte Geometrien zur Befestigung
der für
die Funktion notwendigen Komponenten bereitstellen. Dies bedeutet
unter Umständen
einen einmalig höheren Konstruktionsaufwand,
der aber durch die zu erwartenden Kosteneinsparungen in vielen Prozeßketten gerechtfertigt
ist.
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Die
Erfindung ist auch unter umweltpolitischen Gesichtspunkten beachtenswert,
da sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Thermoschalters aufgrund
nicht mehr benötigter
Einzelkomponenten in den gesamten Prozeßketten das Transportgewicht
verringert und somit Transportkosten und benötigte Energie reduziert werden.
Die bei der Herstellung der nicht mehr erforderlichen Komponenten
benötigte
Energie entfällt
ebenso wie notwendige chemische Behandlungen, was einen weiteren
positiven Effekt für
die Umwelt ergibt.
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Mit
der Erfindung kann ein Schutz auch bei höheren Umgebungstemperaturen
als bisher üblich realisiert
werden, da die für
das elektrisch isolierende Trägermaterial
und andere Komponenten geltenden einschränkenden Temperaturbegrenzungen
nicht mehr zu beachten sind. Wenn der Thermoschalter bisher ein
die Abmessungen der Anwendung bestimmendes Element war, ist nun
eine Reduzierung der Abmessungen aufgrund des geringeren Platzbedarfs des
erfindungsgemäßen Schalters
möglich.
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Die
konstruktive Festlegung der Fixierung für die erforderlichen Einzelkomponenten
sollte idealerweise mit dem Anwender der Erfindung abgestimmt werden,
um eine einwandfreie Funktion des Schalters zu gewährleisten.
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Der
Schalter ist somit nicht für
sich selbst funktionsfähig,
sondern wird dies erst durch den Einbau in eine Anwendung. Dieser
kann auch mit weiteren Funktionselementen, die bisher in oder an
oder in Verbindung mit Schaltern verwendet oder kombiniert werden,
bspw. mit anderen Heizelementen zur Selbsthaltung, Heizdrähten oder
Heizelementen zur Aufheizung bzw. Beheizung des Bi- oder Mehrmetallschalters.
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Der
erfindungsgemäße Schalter
wird vorzugsweise überall
dort eingesetzt, wo in der Anwendung bzw. dem Gerät eine ausreichend
stabile Befestigungs- und Kontaktierungsmöglichkeit gegeben ist oder
durch konstruktive Berücksichtigung
erreicht werden kann.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angebebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden der Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Beispiel eines
herkömmlichen
Thermoschalters.
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2 zeigt einen Ausschnitt
aus einem herkömmlichen
Schaltkreis mit dem herkömmlichen Thermoschalter.
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3 verdeutlicht den Einsatz
eines erfindungsgemäßen Thermoschalters.
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4 zeigt eine beispielhafte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Thermoschalters
im Einsatz.
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In 1 ist ein herkömmlicher
Thermoschalter 10 wiedergegeben, der wie ein Pfeil 12 verdeutlich in
einen Schaltkreis 14, der ausschnittsweise dargestellt
ist, einzusetzen ist. Der herkömmliche
Thermoschalter 10 umfaßt
eine Bimetallscheibe 16, und eine Feder 18, die
zusammenwirken und fest auf einer isolierenden Tragekonstruktion 20 angeordnet
sind.
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Der
Schaltkreis 14 weist ein isolierendes Trägermaterial 22 und
Anschlüsse 24 zur
Kontaktierung des Thermoschalters 10 auf.
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2 zeigt den mit dem Schaltkreis 14 durch Nieten,
Schweißen,
Schrauben, Kleben, Klemmen oder ähnliche
Befestigungsmethoden verbunden Thermoschalter 10.
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Die
Darstellung macht deutlich, daß der Thermoschalter 10 als
diskretes Bauteil mit dem Schaltkreis 14 verbunden wird.
Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten
stark durch die Geometrie des Thermoschalters 10 beschränkt. Die
Abmessungen des Thermoschalters 10 sind ein bestimmendes
Element bei dieser Anwendung.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßer Thermoschalter 30,
der, wie ein Pfeil 32 verdeutlicht, in einen elektrischen
Schaltkreis 34 einzusetzen ist, zu erkennen. Das Thermoelement 30 umfaßt lediglich
ein wärmeempfindliches
Element 36, in diesem Fall ein Bimetallstreifen 36,
der mit einem Federelement 38 zusammenwirkt 36.
Zusätzlich
ist der beispielhafte Thermoschalter 30 mit einem Kontakt 40 versehen.
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Der
Ausschnitt des elektrischen Schaltkreises 34 umfaßt ein Trägermaterial 42,
Anschlüsse 44 zur
Kontaktierung des Thermoschalters 30 und einen Festkontakt 46.
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In 4 ist der in den elektrischen
Schaltkreis 34 eingesetzte Thermoschalter 30 wiedergegeben.
Zu erkennen ist, daß in
dem dargestellten Beispiel der wärmeempfindliche
Streifen 36 in Haken 48 des Federelements 38 eingesetzt
ist und über
diese mit dem Federelement 38 verbunden mit diesem zusammenwirkt.
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Der
Kontakt 40 ist in Verbindung zu dem Festkontakt 46 und
ermöglicht
somit einen Stromfluß in
dem Schaltkreis 34 über
das Thermoelement 30.
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Bei
Erreichen einer bestimmten Temperatur, bspw. bedingt durch einen
durch das Federelement 38 fließenden Strom oder durch die
sich ändernde Umbebungstemperatur,
biegt oder schnappt der wärmeempfindliche
Streifen 36 nach oben und führt das Federelement 38 über die
Haken 48 mit sich. Durch die Federwirkung des Federelementes 38 bzw.
durch dessen Spring- bzw. Schnappwirkung wird die Verbindung zwischen
dem Kontakt 40 und dem Festkontakt 46 schlagartig,
genau definiert unterbrochen.