DE2556062A1

DE2556062A1 - Auf waerme ansprechendes schnapp- betaetigungsorgan

Info

Publication number: DE2556062A1
Application number: DE19752556062
Authority: DE
Inventors: John Crawshaw Taylor
Original assignee: TAYLOR JOHN CRAWSHAW
Current assignee: Strix Ltd
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-06-16
Also published as: IE43569L; DK153189B; PL118329B1; DK565075A; HK34981A; CA1053204A; NL7514541A; NO754223L; DK153189C; DD123030A5; NO143773B; SE7514097L; NO143773C; AU496784B2; IE43569B1; FR2294532A1; JPS6043616B2; FR2294532B1; NZ179521A; LU73999A1

Description

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F.A.WiiiCKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

g MÖNCHEN 86, DEN DXIII POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<98392i/22>

John Cravöaaw Taylor, Edge Lee, Bishops Lane, Buxton,

Derbyshire, England

Auf Wärme ansprechendes Schnapp-Betätigungsorgan

Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf Wärme ansprechendes Schnapp-Betätigungsorgan mit einer Bimetallscheibe zur Betätigung von Schaltkontakten, wärmeerapfindlicher elektrischer Schalter, wie beispielsweise Sicherungen, Unterbrecher und Thermostaten.

Eine bekannte Form eines Bimetall-Betätigungsorgans besteht aus einer kuppeiförmigen Bimetall-Scheibe, welche bei einer Temperaturänderung in eine gegensinnige kuppeiförmige Konfiguration schnappt. Die Einfachheit derartiger Scheiben sowie ihre leichte Herstellung, bei der lediglich eine ebene Scheibe zwischen zwei Stahlfor-

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men in die gewünschte kuppeiförmige Konfiguration gepreßt wird, hat trotz schwerwiegender Wachteile zu einer umfangreichen Anwendung geführt.

Ein Nachteil besteht beispielsweise darin, daß bei weiten Differentialscheiben während der Inversion sehr große Umfangs-Spannungskonzentrationen auftreten und daß daher die Betriebstemperatur, bei der die Scheibe schnappt, mit zunehmendem Alter driftet, wobei auch die Lebensdauer durch Spannungsbruch begrenzt ist. Nach etwa Io ooo Betätigungen kann daher die Scheibe unter Spannung brechen, wobei die Betriebstemperatur um bis zu 2o C gedriftet haben kann. Aufgrund dieser Tatsache haben die Scheiben innerhalb ihrer Lebensdauer keine genau festgelegten Temperaturen,

Ein weiterer Itfachteil von Scheiben besteht darin, daß ihr nutzbarer Bewegungsbereich bei Schnappbetrieb sehr klein ist; er liegt oft nur in der Größenordnung von Ungenauigkeiten der Abmessungen anderer zugehöriger Komponenten eines Schalters, in den die Scheibe eingebaut ist.

Aufgrund der weit verbreiteten Verwendung von Scheiben sind umfangreiche Untersuchungen hinsichtlich ihrer Eigenschaften durchgeführt worden. Etwa in den letzten vierzig Jahren sind verschiedene Vorschläge zur Vergrößerung des Bewegungsbereiches und zur Verbesserung der Genauigkeit der Betriebstemperatur von Scheiben gemacht worden. Beispielsweise sind radiale Rippen ia eine Scheibe eingepreßt worden, Spannungsentlastungslöcaer im Bereich des Zentrums, einer Scheibe vorgesehen worden und mechanische Anordnungen z:ur Vergrößerung der effektiven

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Bewegung einer Scheibe vorgeschlagen worden (siehe dazu beispielsweise die britische Patentanmeldung 1 o31 827). Trotz des großen Umfanges an Untersuchungen zur Verbesserung der Eigenschaften von Scheiben haben die verschiedenen Vorschläge zu nicht mehr als einer geringfügigen Verbesserung der Bimetall-Scheiben eigenen Nachteile geführt.

Eine andere bekannte Form eines schnappenden Bimetall-Betätigungsorgans, bei dem viele Nachteile von Scheiben vermieden sind, ist in der britischen Patentanmeldung 657 434 beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt ein derartiges Betätigungsorgan eine rechteckförmige Bimetall-Scheibe mit einer zentralen Zunge, die zwischen zwei Außenschenkeln getrennt von diesen verläuft, -wobei die Enden der Schenkel im Bereich des freien Endes der Zunge durch ein Brückenelement miteinander verbunden sind. Dieses Brückeneleiaent ist mechanisch gebogen, um der Bimetallscheibe eine gerundete Konfiguration zu verleihen, so daß sie sich als Funktion von Temperaturänderungen schnappend zwischen gegensinnigen bogenförmigen Konfigurationen bewegt. Ein derartiges Betätigungsorgan besitzt im Vergleich zu einer Scheibe beim Schnappen einen weit größeren Bewegungsbetrag. Es ist dabei auch möglich, die Betriebstemperatur genau einzustellen, welche im Vergleich zu einer Scheibe bei wiederholten Beanspruchungen weit stabiler ist.

Ein Nachteil eines derartigen Betätigungsorgans besteht darin, daß es sich aufgrund des Deformationsverfahrens durch Biegen nicht für eine Massenproduktion im Hinblick auf eine genau vorgegebene Betriebstemperatur eignet. Der Hauptnachteil besteht darin, daß die Lebens-

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dauer eines derartigen Betätigungsorgans - obwohl größer als die einer Scheibe - durch Brüche begrenzt ist, welche in maximalen Spannungs-Konzentrationsbereichen an der Verbindungsstelle der zentralen Zunge mit den äußeren Schenkeln auftreten.■

Trotz der umfangreichen Untersuchungen und der weit verbreiteten Verwendung von Bimetall-Schnapp-Betätigungsorganen besteht nachwievor der Bedarf nach einem Betätigungsorgan dieser Art, das sich für eine Massenproduktion eignet, das bei Schnappvorgängen einen angemessenen Bereich nutzbarer Bewegung besitzt, das während seiner gesamten Lebensdauer eine stabile Betriebstemperatur aufweist, und - was sehr wesentlich ist - das eine große Betriebslebensdauer besitzt, welche nicht durch Spannungsbrüche begrenzt wird.

Zur Realisierung dieser Forderungen ist bei einem auf Wärme ansprechenden Schnapp-Betätigungsorgan mit einer Bimetallscheibe ein U-förmiges Loch vorgesehen, das eine Zunge mit einem freien Ende definiert, daß ein Bereich der Scheibe, der die Zunge umgibt und in bezug auf den die Zunge wenigstens teilweise zentrisch angeordnet ist, in einem Formpressvorgang derart verformt ist, daß er in seiner Gestalt mit einer kuppelartigen Form übereinstimmt un d daß der kuppeiförmige Bereich seine Krümmung als Funktion seiner Temperaturänderung in einem Schnappvorgang umkehrt.

Ein Betätigungsorgan gemäß der Erfindung besitzt also verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, wobei es sich speziell um einen großen nutzbaren Bewegungsbereich

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und eine genau festgelegte stabile Betriebstemperatur handelt. In Abhängigkeit von der speziell vorgesehenen Anwendung wird das Betätigungsorgan so ausgebildet, daß eines dieser Merkmale bevorzugt ist. Beispielsweise für eine billige Sicherung für große Ströme ist ein großer nutzbarer Bewegungsbereich zur Sicherung eines zufriedenstellenden Betriebs erforderlich. Ein großer nutzbarer Bewegungsbereich ist jedoch mit einem großen Unterschied zwischen den Betriebstemperaturen des Betätigungsorgans für zunehmende und abnehmende Temperatur verbunden; dies kann beispielsweise für bestimmte Formen von Thermostaten unerwünscht sein, bei denen eine genau festgelegte und stabile Betriebstemperatur erforderlich ist. Andererseits ist beispielsweise für Unterbrecher, welche auf große Ströme in einer Schaltung ansprechen, weder ein großer nutzbarer Bewegungsbereich, noch eine genau festgelegte Betriebstemperatur erforderlich. In diesem Falle ist lediglich ein angemessener Bewegungsbereich zusammen mit einer brauchbaren Konstanz und Stabilität der Betriebstemperatur erforderlich, um große Ströme zuverlässig feststellen zu können.

Ein Vorteil eines Betätigungsorgans gemäß der Erfindung besteht darin, daß sein wirksamer.ßewegungsbereich bei einem Schnappvorgang für viele Anwendungsfälle größer als eine "äquivalente Scheibe" ist. Der letztgenannte Begriff bezeichnet einBetätigungsorgan, das abgesehen von einem U-förmgien Loch und damit auch abgesehen von einer Zunge einem Betätigungsorgan gemäß der Erfindung gleich ist.

Für viele Zwecke ist ein praktisches Maß- der nutzbaren Bewegung eines Betätigungsorgans die Bewegung des freien

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Endes der Zunge bei einem Schnappvorgang gemessen vom Umfang des Betätigungsorgans zu einer seiner Seiten gegen eine durch ein Gewicht von 5o g ausgeübte Nennkraft, Diese nutzbare Bewegung ist diejenige, welche gewöhnlich in vielen typischen elektrischen Schaltern nutzbar gemacht werden kann. Es hat sich gezeigt, daß ein Betätigungsorgan gemäß der Erfindung unter Zugrundelegung des vorgenannten Maßes eine zwei- bis dreifach größere nutzbare Bewegung als eine äquivalente Scheibe ausführen kann. Je größer die nutzbare Bewegung ist, umso größer ist jedoch auch das differenzielle Verhalten das heißt die Differenz der Betriebstemperaturen für zunehmende und-abnehmende Betriebstemperatur; dieser Sachverhalt ist jedoch für viele Anwendungsfälle unwesentlich.

Der Vergrößerung der nutzbaren Bewegung steht folgender Sachverhalt gegenüber:

Während eine Scheibe eine lediglich geringe nutzbare Bewegung besitzt, entwickelt sie jedoch eine vergleichsweise große Kraft (ungefähr 2oo g Gewicht), welche größer als diejenige Kraft ist, die zur Öffnung von typischen Schaltkontakten erforderlich ist. Obwohl durch das U-förmige Loch die Spannungen im Zentrum eines Betätigungsorgans reduziert werden, wird auch die entwickelte Kraft reduziert, was jedoch für die meisten Anwendungsfälle unwesentlich ist; die resultierende Bewegungsfreiheit des freien Endes der Zunge führt zu einer verbesserten nutzbaren Bewegung des Betätigungsorgans.

Aufgrund dieser bergrößerten nutzbaren Bewegung ist es möglich, anstelle von teuren Bimetall-Schichten mit einem

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beträchtlichen Mangangehalt, wie sie gewöhnlich in Scheiben verwendet werden, billigere Bimetall-Schichten (beispielsweise ni-Cr/Ui-re-Schichten) zu verwenden.

Bei der Bemessung eines Betätigungsorgans gemäß der Erfindung für eine spezielle Schaltanwendung muß zunächst sichergestellt werden, daß die Zunge bei einem Schnappvorgang zur Öffnung der Schaltkontakte eine ausreichende Kraft entwickeln und eine ausreichende Bewegung ausführen kann. Darüber hinaus erscheint es wünschenswert, die Gestalt des ü-förmigen Loches so zu wählen, daß lokale Spannungskonzentrationen so klein wie möglich gehalten werden und damit die Lebensdauer des Betätigungsorgans so groß wie möglich wird. Dieser Gesichtspunkt führt zu bevorzugten geometrischen Formen des Betätigungsorgans.

In Weiterbildung der Erfindung ist in dieser Hinsicht vorgesehen, daß die Zunge von ihrer Wurzel zu ihrem freien Ende hin konisch ausgebildet ist, daß die Enden des U-förmigen Loches im Bereich der Zungenwurzel abgerundet sind und daß die Breite des Kuppelbereiches an der Zungenwurzel gemessen in Radialrichtung vom Zentrum des kuppeiförmigen Bereiches größer als die Breite der übrigen Teile des die Zunge umgebenden Bereichs ist. Die Ausgestaltung des Bereiches der Zungenwurzel ist im Hinblick auf die Lebensdauer des Betätigungsorgans von Bedeutung, da hier große Spannungskonzentrationen auftreten. Scharfe Ecken in diesem Bereich führen zu lokalen Bereichen mit sehr großen Spannungskonezntrationen, was durch das abgerundete Loch im Bereich der Zungenwurzel vermieden wird.

Obwohl sich als vorteilhaft es herausgestellt hat, die

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~m ft —.

maximale radiale Breite des kuppeIförmigen Bereiches des Betätigungsorgans in die Nähe der Zungenwurzel zu legen, ist es jedoch wichtig, die Breite des kuppelförmigen Bereiches an anderen. Stellen nicht so weit zu reduzieren, daß die mechanische Gesamtfestigkeit des Betätigungsorgans so weit gesenkt wird, daß es die notwendige entwickelte Kraft bei der Inversion nicht weitergeben kann. Ebenso muß die Zunge selbst eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen, um die gewünschte entwickelte Kraft weitergeben zu können. Eine konisch geformte Zunge erfüllt diese Forderung von selbst, wobei die Möglichkeit, daß die Zunge bei einem Schnappvorgang des Betätigungsorgans einen Inversionsvorgr^g in ihrer Breite durchführt, so klein wie möglich gehalten wird. Durch einen Inversionsvorgang in beiden Richtungen der Zunge wird die nutzbare Bewegung des freien Endes der Zunge reduziert. Die Breite der Zunge an ihrer Wurzel liegt vorzugsweise in der gleichen Größenordnung wie die Breite des kuppeiförmigen Bereichs an der Zungenwurzel. Insbesondere ist dabei die Breite der Zunge an ihrer Wurzel kleiner als die Breite des kuppeiförmigen Bereichs an der Zungenwurzel. Die Zungenlänge ist vorzugsweise 1 bis 1,5 mal so groß wie die Zungenbreite. Der Konuswinkel der Zunge liegt vorzugsweise zwischen 15 und 3o . Die Gestalt des freien Endes der Zunge ist nicht kritisch. Im Bedarfsfall kann das freie Ende der Zunge abgebogen v/erden, um die Bezugsebene der Bewegung des Betätigungsorgans zu verändern. Das die Zunge definierende ü-förrnige Loch liegt vorzugsweise symmetrisch zu einem Durchmesser des kuppeiförmigen Bereiches, wobei,, dieser Durchmesser insbesondere eine Symmetrieachse ist. Dabei fällt die Längsachse der Zunge mit dieser Symmetrieachse zusammen.

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Aus Zweckmäßigkeitsgründen der Herstellung ist das Betätigungselement gemäß der Erfindung Über seiner Gesamtfläche kuppeiförmig ausgebildet, wobei die Zunge im Bedarfsfall jedoch wenigstens zum Teil von einer Deformation durch eLnen Formpressvorgang ausgenommen sein kann. Auch können andere Bereiche des Bimetall-Elementes eben und undeformiert bleiben; beispielsweise können zu Hontagezwecken am kuppeiförmigen Bereich flache Ohren vorgesehen werden. Obv/ohl eine kreisförmige Gestalt des Betätigungsorgans aus Gründen des Form- - Vorgangs zwischen Formen zweckmäßig, sein können, können auch andere Formen, wie beispielsweise rechteckige oder eliptische Formen vorgesehen werden.

In bestimmten Anwendungsfällen kann das Betätigungsorgan lose montiert werden. In anderen Anwendungsfallen kann das Betätigungsorgan an eine Montageschiene angeschweißt oder angenietet werden, und darüber hinaus mit einem elektrischen Kontakt versehen sein. Das Betätigungsorgan kann entweder am freien Ende seiner Zunge, wo die Wirkungen von Spannungen minimal sind oder an seinem Umfang auf der vom freien Ende der Zunge abgcwandten Seite montiert werden.

Für in strömempfindliche Schalter einzubauende Betätigungsorgane kann auf dem Betätigungsorgan ein elektrischer Kontakt vorgesehen v/erden, so daß das Betätigungsorgan Strom führen kann und durch einen zu großen' Strom auf eine Temperatur oberhalb seiner Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Ein wesentliches Problem bei bekannten stromempfindlichen Betatxgungsorganen besteht darin, ihren elektrischen Widerstand zu vergrößern, so daß sie auf relativ kleine Ström ansprechen, wobei jedoch sicherge-

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stellt wird, daß das Betätigungsorgan nicht über Gebühr mechanisch geschwächt wird. Eine Reduzierung der Dicke des Bimetall-Elementes und der Gesamtabmessungen eines Betätigungsorgans führt zwar zu einer Vergrößerung des elektrischen Widerstandes, wobei jedoch eine untragbare mechanische Schwächung auftritt. Dieses Problem ist speziell schwerwiegend, da heute Stromempfindlichkeiten von etwa 2 Ampere gefordert werden.

Zur Realisierung derartig geringer Strom-Empfindlichkeiten ist aus der britischen Patentschrift 1 363 541 ein Schalter-Betätigungsorgan bekannt geworden, das ein Band aus flexiblem Bimetall-Material mit einer zwischen zwei äußeren Schenkeln freier Zunge aufweist, die mit ihrem einen Ende am Streifen befestigt und deren anderes Ende frei ist. Der Streifen ist so vorgespannt, daß er sich in zwei Richtungen krümmt. Daher ist er als Funktion von Temperaturänderungen zwischen zwei Stellungen auf jeweils einer Seite einer unstabilen Zwischenstellung in einem Schnappvorgang bewegbar, wobei die Zunge und/oder die äußeren Schenkel zur Erhöhung des longituidnalen elektrischen Widerstandes Perforationen aufweisen. Das in der britischen Patentschrift 1 363 541 beschriebene Betätigungsorgan entspricht dem Betätigungsorgan nach der britischen Patentanmeldung 657 434, bei dem die äußeren Schenkel im Bereich des freien Endes der Zunge überbrückt sind und bei dem das Brückenelement gekrümmt ist, um die Enden der Schenkel gegeneinander zu ziehen.

Es hat sich gezeigt, daß das Betätigungselement gemäß der Erfindung sich besser für einen stromerapfindlichen Schalter eignet, als das in der britischen Pa-

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tentanmeldung 657 434 beschriebene Betätigungselement. Dieses letztere Betätigungselement besitzt zur Gewährleistung der notwendigen mechanischen Festigkeit und Stabilität relativ breite Schenkel und eine relativ breite Zunge und ist aus einem relativ dicken Bimetall-Material hergestellt. Daher ist sein elektrischer Widerstand nicht ausreichend. Im Gegensatz dazu kann das Betätigungsorgan gemäß der Erfindung, dessen für den Schnappvorgang erforderliche Spannungskonzentrationen im Bereich des ümfangs und der Zungenwurzel liegen, wo eine ausreichende" Festigkeit und Stabilität gegeben ist, aus dünnem Bimetall-Material und mit geringen Abmessungen hergestellt werden.

Um den elektrischen Widerstand und damit die Empfindlichkeit des Betätigungsorgans zu erhöhen, kann der Umfang speziell in der Zungenwurzel gegenüberliegenden Bereichen schmaler gestaltet werden. Andererseits können in diesem Bereich gemäß der Lehre der britischen Patentschrift 1 353 541 Perforationen vorgesehen v/erden. Ebenso kann die Zunge schmaler gestaltet werden. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit der Zunge ist es jedoch bevorzugt, in ihr mindestens ein Loch vorzusehen, das vorzugsweise die Form eines Längsschlitzes besitzt.

Die Erfindung wid im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 ebene Ansichten von Betätigungsorganen gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine-Tabelle mit Parametern von Betätigungsorganen nach den Fig. 1 bis 5;

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Alle Betätigungsorgane mit Ausnahme des Betätigungsorgans gemäß Fig. 5 besitzen einen kresiförmigen Umfang.

Eine kreisförmige Form ist aus Gründen der Zweckmäßigkeit einer Massenproduktion bevorzugt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Umfangsgestalt für die Wirkungsweise des Betätigungsorgans nicht kritisch ist und daß beispielsweise eine rechteckige Gestalt ebenfalls zweckmäßig ist. Alle Betätigungsorgane mit Ausnahme des Betätigungsorgans nach Fig. 5 besitzen eine halbkreisförmige Orientierungsausnehmung 1o." Die Betätigungsorgane besitzen eine Zunge 12, welche wenigstens teilweise zentral im Betätigungsorgan angeordnet sind, das durch ein generell U-förmiges Loch 14 mit generell bogenförmigem Außenumfang gebildet wird.

Die Betätigungsorgane werden in einem Formpreßvorgang hergestellt, bei dem auf der gesamten Fläche des Betätigungsorgans eine kugelförmige Krümmung erzeugt wird. Das kann in einem konventionellen Preßvorgang erfolgen.

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen dargestellten Betätxgungsorganen sind in der Gestalt und der Anordnung der Zunge 12 und des Loches 14 zu sehen, v/obei diese Unterschiede zu unterschiedlichen Betriebseigenschaften führen, welche zum Teil in Fig. 8 dargestellt sind.

Die in Fig. 8 aufgeführten Betätigungsorgane sind durch das gleiche Herstellungsverfahren mit gleicem kugelförmigem Krümmungsradius von 12 mm von einer Bimetall-, scheibe mit o,2 mm Dicke hergestellt. Die Scheiben sind

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so ausgewählt, daß sie eine Biegetemperatur von 1oo°C besitzen, so daß sie hinsichtlich ihrer Temperatur- und Bewegungseigenschaften vergleichbar sind. Diese zwar repräsentativen Werte für die verschiedenen Formen sind jedoch nicht notwendigerweise Mittelwerte für diese Betätigungsorgane spezieller Gestalt.

Der nutzbare Bewegungsbereich der so gestalteten Betätigungsorgane ist wesentlich größer als derjenige einer äquivalenten Scheibe, wobei der kleinste Bereich von o,32 mm für das Element nach Fig. 2 etwa 1,8 bis 2,2 χ größer als derjenige einer "äuqivalenten Scheibe" ist, während der größte Bereich für die Elemente nach den Fig. 4 und 5 mit o,45 mm etwa 2,5 bis 3 χ größer als der einer "äquivalenten Scheibe" ist.

Das Temperaturdifferential für die Betätigungsorgane liegt zwischen 3o° und 4o°C. Es hängt für jede spezielle Gestalt von der Bewegung des Betätigungsorgans ab, so daß die Bewegung reduziert werden muß, um den Temperaturunterschied wesentlich zu reduzieren.

Die Betätigungsorgane nach den Fig. 1 und 2 besitzen eine Zunge 12 mit konstanter Breite von 2,5 mm und halbkreisförmigem Ende. Das Betätigungsorgan nach Fig. besitzt eine relativ lange Zunge von 4,5 mm zwischen ihrer Spitze und ihrer Wurzel. Das Loch 14 besitzt relativ große Seitenflügel 16 mit einem Krümmungsradius von 1 mm an den Enden im Bereich der Zungenwurzel 18 und einem Außenumfang mit 3,5 mm Krümmungsradius. Ein Außenumfang 2o besitzt eine nahezu konstante Breite von 2,5 mm, der sich gegen den Bereich der Zungenwurzel geringfügig verbreitert.

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Gemäß Fig. 3 ist die nutzbare Bewegung des Betätigungsorgans nach Fig. 1 gleich ο,36 nun für ein Temperaturdifferential von 37°C.

Das Betätigungsorgan nach Fig. 2 besitzt eine Zunge mit einer Abmessung von 3,5 nun von der Spitze bis zur Wurzel und ein Loch 14 mit einem Krümmungsradius der Enden im Bereich der Zungenwurzel 18 von o,75 ram und einen Krümmungsradius von 3,oo mra am Außenumfang. Der Außenrand 2o besitzt eine grob-konstante Breite von 3,oo mm; gemäß Fig. δ beträgt der repräsentative Wert für die nutzbare Bewegung des Betätigungsorgans nach Fig. 2 ο,32 mm für ein Temperaturdifferential von 37°C.

Die Betätigungsorgane nach den Fig. 1 und 2 besitzen Zungen mit konstanter Breite und auch Ränder mit konstanter Breite. Es hat sich gezeigt, daß Zungen mit konstanter Breite nicht voll zufriedenstellend sind, da sie zwar an ihrer Wurzel aus Gründen der mechanischen Festigkeit breit sein sollen, aber bei beträchtlicher Breite in ihrem zentralen Bereich dazu tendieren, bei einem Schnappvorgang des Betätigungsorgans in ihrer Breite umzuspringen, was zu einer kleineren Bewegung führt. Entsprechend sind auch Ränder mit konstanter Breite nicht bevorzugt erwünscht; es hat sich jedoch gezeigt, daß durch Wahl einer maximalen Randbreite im Bereich der Zungenwurzel ein besserer Kompromiß hinsichtlich der verschiedenen Herstellungsfaktoren erzielt wird. Die Breite soll dabei auch zunehmend bis auf ein Minimum gegenüber dem freien Ende der Zunge abnehmen.

Aus den genannten Gründen besitzen die Betätigungs-

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organe nach den Fig. 3 und 4 Zungen, die von ihrer Wurzel her konisch gestaltet sind. Auch ihre Ränder nehmen von einem Maximum im Bereich der Zungenwurzel auf ein Minimum gegenüber dem freien Ende der Zunge ab.

Das Betätigungsorgan nach Fig. 3 besitzt eine breite Zungenwurzel von 4 mm. Die Zunge 12 verläuft unter einem Winkel von 3o° konisch zu einem halbkreisförmigen Ende mit einem Radius von 1 mm. Die Länge der Zunge beträgt 4 mm. Das Loch 14 besitzt an der Zungenwurzel abgerundete Enden mit einem Radius von ο,75 mm. während sein Außenumfang durch einen Bogen mit einem Radius von 3,5o mm definiert ist, dessen Zentrum um 1 mm gegen das Zentrum des Betätxgungsorgans versetzt ist. Daraus ergibt sich ein Rand mit einer Breite von 3,5 mm an der Zungenwurzel, v/elcher kontinuierlich auf ein Minimum von 1,5 mm gegenüber dem freien Ende der Zunge abnimmt. Aus Fig. 8 ist zu ersehen, daß ein repräsentativer Wert der nutzbaren Bewegung dieses Betätigungsorgans gleich o,34 mm bei einem Temperaturdifferential von 34°C ist.

Bei dem Betätigungsorgan nach Fig. 4 verläuft die Zunge 12 konsisch unter einem Winkel von 15° voneiner Zungenwurzel mit 3,5 mm Breite zu einem abgerundeten freien Ende mit einem Radius von 1 mm. Die Zunge ist 4,5 mm lang. Das Loch 14 besitzt abgerundete Enden mit einem Radius von o,75 mm im Bereich der Zungenwurzel, während sein Außenumfang durch einen Bogen mit einem Radius von 3,5o mm definiert ist, dessen Zentrum um 1 mm gegen das Zentrum des Betätigungsorgans versetzt ist. Der Rand hat im Bereich der Zungenwurzel eine Breite von 3,5 mm, welche auf ein Minimum von 1,5

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mm gegenüber dem freien Ende der Zunge abnimmt. Aus Fig. 8 ist ein repräsentativer Wert der nutzbaren Bewegung dieses Betätigungsorgans von o,45 ram bei einem Temperaturdifferential von 38° C ersichtlich. Es hat sich gezeigt, daß das Betätigungsorgan nach Fig. 4 aufgrund seiner fließenden Konturen minimale Gesamtspannungskonzentrationen besitzt. Der breite Rand im Bereich der Zungenwurzel gewährleistet eine ausreichende Festigkeit bei der Schnappbewegung, während gleichzeitig die Bruchtemperatür (2 bis 3° nach 1o ooo Betätigungen) sehr stabil ist. Darüber hinaus sind auch keine abnorm hohen lokalen Spannungskonzentrationen vorhanden, wo ein Bruch auftretenkann.

Beim Betätigungsorgan nach Fig. 5 entspricht die innere Gestalt aus Zunge und Loch genau derjenigen des Betätigungsorgans nach Fig. 4. Es hat sich gezeigt, daß auch im übrigen die Eigenschaften vergleichbar sind, wobei der quadratische Umfang von 12 mm des Betätigungsorgans nach Fig. 5 die Wirkungsweise nicht wesentlich beeinflußt.

Die Betätigungsorgane nach den Fig. 6 und 7 sind zur

Verwendung in stromempfindlichen Schaltern (Kontaktunterbrechern) vorgesehen, und besitzen einen Kontakt 22, welcher gegenüber dem freien Ende der Zunge 12 auf den Rand 2o aufgeschweißt ist.

Bei diesen Betätigungsorganen fließt Strom vom freien Ende der Zunge durch die Zungenwurzel und beide Teile des Randes 2ο zum Kontakt 22.

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Die Betätigungsorgane nach den Fig. 6 und 7 entsprechen in ihrer Konfiguration generell dem Betätigungsorgan nach Fig. 4, wobei sie jedoch zur Erhöhung ihres elektrischen Widerstandes kleiner ausgebildet sind, d.h., sie besitzen einen Durchmesser von 1o nun und sind aus einem 1 mm dicken Bimetall-Teil hergestellt. Beide Betätigungsorgane besitzen einen Längsschlitz 24 in der Zunge 12 zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes. Das Betätigungsorgan nach Fig. 7 besitzt weiterhin jeweils drei kreisförmige Löcher 28, auf jeweils einer Seite des Kontaktes 22 im schmalen Bereich des Randes 2o, was ebenfalls zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes dient. Beim Betätigungsorgan nach Fig. 6 ist anstelle der Löcher der Rand im Bereich 2G auf beiden Seiten des Kontaktes 22 im Vergleich zum Rand des Betätigungsorgans nach Fig. 7 schmaler gestaltet, wobei er jedoch dick genug bleibt, um eine ausreichende Kraft beim Schnappvorgang sicherzustellen. Diese Maßnahme dient ebenfalls der Erhöhung des elektrischen Widerstandes.

Die Betätigungsorgane nach den Fig. 6 und 7 sprechen auf Ströme bis hinter zu 2 Ampere an, um eine Schnappbewegung durchzuführen.

Zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes können auch zahlreiche andere Maßnahmen vorgesehen v/erden. So kann die Zunge beispielsweise in zwei getrennte Zungenteile aufgespalten werden, welche von derselben Zungenwurzel ausgehen.

Der elektrische Kontakt muß nicht notwendigerweise am Umfang gegenüber dem freien Ende der Zunge angebracht werden. Er kann beispielsweise auch auf der Zunge selbst

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oder an einer anderen geeigneten Stelle sitzen. Darüber hinaus können auch mehrere Kontakte verv/endet werden.

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Claims

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Patentansprüche

Auf Wärme ansprechendes Schnapp-Betätigungsorgan mit einer Bimetall-Scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bimetall-Scheibe ein U-förmiges Loch (14) vorgesehen ist, das eine Zunge (12) mit einem freien Ende definiert, daß ein Bereich (2o) der Scheibe, der die Zunge (12) umgibt, und in bezug auf den die Zunge wenigstens teilweise zentrisch angeordnet, ist, in einem Formpressvorgang derart verformt wird daß er in seiner Gestalt mit einer kuppelartigen Form übereinstimmt, und daß der kuppeiförmige Bereich seine Krümmung als Funktion einer Temperaturänderung in einem Schnappvorgang umkehrt.
2) Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zunge (12) von ihrer Wurzel zu ihrem freien Ende hin konisch ausgebildet ist, daß die Enden (16) des U-förmigen Loches (14) im Bereich der Zungenwurzel (18) abgerundet sind und daß die Breite des kuppeiförmigen Bereiches an der Zungenwurzel gemessen in Radialrichtung vom Zentrum des kuppeiförmigen Bereiches größer als die Breite der übrigen Teile des die Zunge (12) umgebenden Bereichs (2o) ist.
3) Betätigungsorgan nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zunge (12) an ihrer Wurzel (18) in der gleichen Größenordnung wie die Breite des kuppelförmigen Bereichs an der Zungenwurzel (18) ist.

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4) Betätigungsorgan nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zunge (12) an ihrer Wurzel (18) kleiner als die Breite des kuppeiförmigen Bereichs an der Zungenwurzel (18) ist.
5) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungenlänge 1 bis 1,5 mal so groß wie die Zungenbreite ist.
6) Betätigungsorgan nach einem der /\nsprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Zunge (12) zwischen 15 und 3o° liegt.
7) Schnappschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Loch (14) symmetrisch zu einem Durchmesser des kuppeiförmigen Bereiches liegt.
8) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eine Symmetrieachse ist.
9) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ge-

kennzeichnet dusfch einekuppelförmige Ausbildung über seiner Gesamtfläche.
10) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine kreisförmige Ausbildung.
11) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem freien Ende der Zunge (12) oder am Umfang gegenüber dem freien Ende der Zunge ein elektrischer Kontakt (22) vorgesehen ist.

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12) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Randes (2o) gegenüber dem freien Ende der Zunge (12) ausreichend kleine Abmessungen besitzt, um den Ilauptanteil des elektrischen WiderStandes festzulegen.
13) Betätigungsorgan nach einem der Anßprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Rand (2o) gegenüber dem freien Ende der Zunge (12) und/oder in der Zunge zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes Löcher (28 bzw. 24) vorgesehen sind.
14) Betätigungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand ausreichend hoch ist, daß durch einen Strom von

2 Ampere eine Selbstaufheizung über die Betriebstemperatur stattfindet.

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