DE2831198C2

DE2831198C2 - Bimetalltemperaturschalter

Info

Publication number: DE2831198C2
Application number: DE2831198A
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Misato Uchiya
Original assignee: LIMITOR AG 8022 ZUERICH CH; Limitor Ag 8022 Zuerich
Current assignee: Limitor Ag Zuerich Ch Uchiya Thermostat Co Mis
Priority date: 1978-07-15
Filing date: 1978-07-15
Publication date: 1982-11-04
Also published as: CH643683A5; US4278960A; IT1203298B; GB2030771A; GB2030771B; SE7906099L; IT7968463A0; FR2443132A1; FR2443132B1; DE2831198A1

Description

65 Die Erfindung geht von Bimetalltemperaturschaltern mit einseitig eingespannter Kontaktfeder aus, die in einem elektrisch isolierenden Gehäuse gekapselt sind und deren Bimetallelement nicht zugleich die Kontaktfeder des Schalters ist.

Aus der US-PS 31 64 702 ist ein Bimetalltemperaturschalter mit einseitig eingespannter Kontaktfeder bekannt, welcher in ein überwiegend aus Kunststoff bestehendes Gehäuse gekapselt ist. An einem Ende ist in dem Kunststoffteil des Gehäuses eine große öffnung vorgesehen, in welche eine Bimetallschnappscheibe eingelegt ist. Unter einer Schnappscheibe wird eine gekrümmte Bimetallscheibe verstanden, welche bei Oberschreiten ihrer Schalttemperatur abrupt ihre Krümmung ändert Die öffnung ist verschlossen mit einer den Kunststoffteil des Gehäuses übergreifenden Metallkappe, welche Kontakt mit der Schnappscheibe hat Die Schnappscheibe ihrerseits wirkt über einen Keramikstößel auf die Kontaktfeder ein. Das Gehäuse ist recht massiv und schirmt die Bimetallschnappscheibe von einfallender Wärmestrahlung ab. Die Wärme wird vielmehr über die Metallkappe auf Schnappscheibe übertragen; da die Wärmekapazität der Metallkappe wesentlich größer ist als jene der Schnappscheibe, wird ein wesentlicher Teil der zufließenden Wärme von der Metalikappe aufgenommen und gespeichert, anstatt möglichst unmittelbar auf die Bimetalischnappscheibe zu fließen. Dies verzögert das Ansprechen des Schalters. Ein anderer gattungsgemäßer Schalter, und zwar ein Mikroichaiter, ist aus der DE-AS 1161 343 bekannt. Der eine der Schaltkontakte ist auf einer Sprungkontaktwippe befestigt, welche zwei stabile Lagen einnehmen kann. Die Betätigung der Wippe geschieht durch einen einseitig eingespannten Bimetallarm, welcher im Ausführungsbeispiel zugleich den zweiten Schaltkontakt trägt aber nicht tragen muß, sondern auch auf ein separates Kontaktglied wirken kann, wie in der Beschreibung vermerkt ist.

Der Bimetallarm, dessen aktive Seite nach außen weist, hat guten mechanischen Kontakt mit dem Gehaust, den Kontaktgliedern und mit einem Rückstellstößel, so daß erhebliche Anteile der dem Schalter zufließenden Wärme nicht nur zum Erwärmen des Bimetallarms, sondern auch der übrigen Schalterteile verwendet werden müssen, ehe der Bimetallarm seine Schalttemperatur erreichen kann. Hierdurch verzögert sich das Ansprechen des Schalters.

Aus der US-PS 39 36 788 ist ein Bimetalltemperaturschalter bekannt, welcher in ein Kunststoffgehäuse gekapselt ist und als Bimetallelement eine Schnappscheibe besitzt, welche — um eine Änderung der Schalttemperatur des Bimetallelements durch seine Befestigung mittels Löten oder Schweißen zu vermeiden — lose zwischen Haken auf der Außenseite einer Kontaktfeder gehalten ist, welche nicht einseitig eingespannt ist, sondern mit ihren Enden beiden Anschlußkontakten federnd als lose Brücke aufliegt Durch die lose Lagerung der Schnappscheibe auf der Kontaktfeder ist der Wärmefluß von der Schnappscheibe auf die Kontaktfeder in einer für die Ansprechgeschwindigkeit günstigen Weise behindert, jedoch ist durch die von beiden Anschlußkontakten abhebende Kontaktfeder eine sichere Kontaktgabe nicht gewährleistet.

Aus der DE-PS 5 43 441 ist ein Bimetalltemperaturschalter bekannt, welcher in ein Glasrohr eingeschmolzen ist. Der Schalter weist jedoch ein Bimetallelement auf, welches zugleich als Kontaktfeder dient und mit

einem Heizdraht umwickelt ist, mit dessen Hilfe der Schalter von innen beheizt ist Das Gehäuse soll den Austritt der innen erzeugten Wärme möglichst weitgehend unterbinden.

Aus der GB-PS 11 21 387 ist ein Bimetalllemperaturschalter bekannt dessen Bimetallelement zugleich als Kontaktfeder dient und der in ein Kunststoffgehäuse gekapselt ist welches recht dickwandig ist und deshalb den Wärmetransport kräftig hemmt Aus der Beschreibung ergibt sich, daß ein langsamer Wärmetransport von drinnen /lach draußen durch das Gehäuse hindurch erwünscht ist und daß aus diesem Grund die Zuleitung 9, 9a, 9b mäanderförmig im Gehäuse verläuft um einerseits die Wärmekapazität des Schalters zu erhöhen (was zu einer verzögerten Wiedereinschaltung führt) und um andererseits bei geschlossenem Schalter innerhalb des Gehäuses eine zusätzliche Wärmequelle zu haben, die das Ansprechverhalten des Schalters beim öffnen verbessert weil der Schalter auf den Wärmetransport durch das Gehäuse offenbar zu träge reagiert

Aus der DE-OS 27 39 928 ist ein Bimetalltemperaturschalter bekannt der in ein flaches Kunststoffgehäuse gekapselt ist in welchem zur Erzielung großer Kontaktabstände eine Bewegung der Kontaktfedern parallel zu den Breitseiten des Gehäuses vorgesehen ist Bei geschlossenem Schalter überlappen sich die Kontaktfedern und werden durch eine gesonderte Bimetallfeder sowohl fixiert als auch gegeneinander gedrückt Bei Erreichen der Schalttemperatur gibt die Bimetallfeder die Kontaktfedern frei und diese schneilen federnd auseinander. Soweit die Kontaktfedern durch Vermittlung einer isolierenden Zunge von der Bimetallfeder beaufschlagt sind, sind die Kontaktfedern und die Bimetallfeder thermisch weilgehend entkoppelt Doch kann der Schalter nach Öffnung nicht wieder schließen. Dies kann er nur, wenn die Bimetallfeder unmittelbar auf die Kontaktfedern einwirkt. Dann stehen sie aber zwangsläufig in gutem Wärmekontakt, was den Schalter träger werden läßt, und obendrein ist nur eine recht unzuverlässige Wiedereinschaltung unter veränderten Bedingungen möglich.

Aus der FR-PS 13 Ol 927, erste Zusatzanmeldung 83 378 ist ein Bimetalltemperaturschalter mit einseitig eingespannter Kontaktfeder und unbeweglichem Gegenkontaktstück auf der einen Seite eines elektrisch nicht leitenden Trägers und mit einer Bimetallschnappscheibe, welche auch die Gestalt eines Streifens besitzen kann, bekannt, bei welchem die Schnappscheibe durch Laschen auf der anderen Seite des Trägers an ihrem Rand gehalten ist und durch einen an der Kontaktfeder befestigten Stift der durch eine öffnung im Träger hindurchragt, auf die Kontaktfeder einwirkt wobei der Schalter wahlweise von einem formbeständigen, nicht näher beschriebenen oder gezeichneten Gehäuse umgeben sein kann. Da über den Aufbau des Gehäuses nichts näheres ausgesagt ist, kann auch über das dadurch bedingte Anspruchsverhalten nichts ausgesagt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Bimetalltemperaturschalter so umzugestalten, daß sie bei sicherer Kontaktgabe eine kurze Ansprechzeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bimetalltemperaturschalter mit den im Patentanspruch 1 vereinigten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4. Eine weitere Lösung der Aufgabe für eine speziellere Gattung von Bimetalltemperaturschaltern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 5.

Bei den erfindungsgemäßen Schaltern bestehen die Gehäuse aus — unter den vorgesehenen Einsatzbedirgungen — formbeständigem Kunststoff. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der den Kunststoffen innewohnende Nachteil der schlechten Wärmeleitung mehr als ausgeglichen werden kann durch die gegenüber Metallen geringe Wärmekapazität Dies ist von besonderer Bedeutung auch für die Dauer, die ein Schalter noch geöffnet bleibt wenn die U-.ngebungstemperatur bereits unter die Schalttemperatur abgesunken ist Ein Metallgehäuse hält die Wärme wesentlich langer als ein vergleichbares Kunststoffgehäuse und reagiert deshalb auf Temperaturwechsel wesentlich träger. Als Kunststoffe für die Schaltergehäuse haben sich Polyamid 6,6 und Polyamid 12 bewährt

Die Gehäuse sollen transparent oder transluzent sein, damit Strahlungswärme möglichst ungehindert in die Bimetalltemperaturschalter eindringen und deren Bimetallelement möglichst unmittelbar erwärmen kann.

Schalter mit gesondert neben den Kontaktfedern vorliegenden BimetaUelementen neigen zu kürzeren Ansprechzeiten als Schalter, bei denen die Kontaktfeder zugleich Bimetallelemente sind. Das liegt zum einen an der notwendigerweise größeren Wärmekapazität der Kontaktfedern und an den Wärmeleitungsverlusten, die bei den Kontaktfedern über die Kontaktstücke und die Befestigungspunkte auftreten. Besonders günstig verhält sich ein Schalter, bei dem das Bimetallelement lose zwischen Haken, Laschen oder dgl. Halterungen auf der Außenseite der Kontaktfeder befestigt ist. Das Temperaturverhalten des Bimetallelements wird auf diese Weise nicht durch seinen Einbau verändert

Außerdem ist die Berührungsfläche zwischen dem Bimetallelement und der Kontaktfeder nur gering, im Idealfall erfolgt die Berührung nur linienförmig. Deshalb sind Wärmeleitungsverluste durch Wärmeübergang vom Bimetallelement auf die Kontaktfeder gering.

Beim Einbau in ein Gehäuse ist eine sehr flache Bauweise möglich, wenn das Gehäuse zugleich als isolierender Träger für die elektrisch leitenden Bauteile verwendet wird.

Die erfindungsgemäßen Bimetalltemperaturschalter gemäß dem Patentanspruch 1 verwenden daher ein flaches Kunststoffgehäuse, in welchem auf der einen Breitseite das unbewegliche Gegenkontaktstück festgelegt ist. Zweckmäßig ist dann auf der gegenüberliegenden Breitseite des Gehäuses die Kontaktfeder mit dem beweglichen Kontaktstück befestigt und sind die Anschlußleitungen an entgegengesetzten Enden des Gehäuses herausgeführt, so daß die Zuleitung zum unbeweglichen Gegenkontaktstück das Bimetallelement nicht abschirmt. Will man aber beide Zuleitungen am gleichen Ende des Gehäuses herausführen, so kann man dies dadurch ohne Abschirmung des Bimetallelementes erreichen, daß man die Zuleitung zum Gegenkontaktstück über eine der dem Gegenkontaktstück benachbarten Seitenwände oder die dem Gehäuseausgang gegenüberliegende Wand auf jene Breitseite des Gehäuses führt, auf der auch die Kontaktfeder befestigt ist.

Wenn — wie im Patentanspruch 2 beansprucht — die aktive Seite (das ist die Seite, auf welcher sich das Metall mit dem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten befindet) des Bimetallelements nach außen weist, dann kann Strahlungswärme durch das transparente bzw. transluzente Gehäuse verhältnismäßig ungehindert auf die aktive Seite des Bimetallelements auftreffen und dadurch das Ansprechen des Schalters beschleuni-

Als Werkstoffe für die inaktive Seite von Bimetallelementen verwendet man gewöhnlich Eisen-Nickel-Legierungen mit hohem Nickelgehalt (ca. 36—48% Nickel). Diese Werkstoffe haben ein helles, blankes Aussehen und reflektieren Wärmestrahlung. Unter den als Werkstoffe für die aktive Seite verwendeten Legierungen befinden sich häufig solche mit Anteilen von Mangan; diese Werkstoffe erhalten ein dunkles, stumpfes Aussehen und absorbieren Wärmestrahlung weitaus besser als die blanken Werkstoffe für die inaktive Seite der Bimetallelemente. Darin liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung.

Ein Schalter der im Patentanspruch 5 bezeichneten Gattung besitzt eine weniger flache Bauweise, zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß einerseits die Kontaktfeder und das Bimetallelement sehr weitgehend thermisch entkoppelt sind, wozu der zwischen der Kontaktfeder und dem Bimetallelement angeordnete Stift zweckmäßig aus einem die Wärme schlecht leitenden Werkstoff besteht und zum Bimetallelement und zur Kontaktfeder nur geringe Berührungsflächen aufweist, und daß andererseits die Wärme, insbesondere Strahlungswärme, das Bimetallelement unvermittelt und effektiv erreichen kann.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen flachen gekapselten Schalter.

F i g. 2 zeigt den Schnitt V-V durch den Schalter aus Fig. 1.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Schalter, bei dem die Kontaktfeder und das Bimetallelement auf unterschiedlichen Seiten des Trägers liegen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen gekapselten Schalter. In einem flachen Gehäuse 20 aus glasfaserverstärktem Polyamid befindet sich eine el. Leiterbahn mit einem Gegenkontaktstück 21, welche entlang der unteren Breitseite 22 des Gehäuses in dieses hineinführt, am Ende des Gehäuses nach oben abbiegt und entlang der oberen Breitseite 23 ein Stück weit in Richtung auf das Ende 24 des Gehäuseausgangs zurückführt Am Ende dieser Leiterbahn ist ein Kontaktstück 25 angeschweißt, welches nach unten weist

Durch mehrere Isolierkörper 26—28 von der Leiterbahn getrennt führt eine Kontaktfeder 29 in das Gehäuse 20, welche mit ihrem einen Ende zwischen den Isolierkörpern 26 und 27 befestigt ist und am anderen Ende ein Kontaktstück 30 trägt, welches mit dem anderen Kontaktstück 25 zusammenarbeitet Auf der Oberseite der Kontaktfeder 29 ist durch vier Laschen 31—34 eine Bimetallscheibe 35 lose gehalten. Ihre aktive Seite weist nach oben, d.h. sie ist der Kontaktfeder 29 abgekehrt Die Bimetallscheibe 35 ist so gebogen, daß unterhalb der Schalttemperatur die kurzen, durch die Laschen 31 und 32 gehaltenen Ränder der Scheibe 35 nach oben ragen. Bei Oberschreiten der Schalttemperatur wechselt die Bimetallscheibe 35 abrupt ihre Krümmung, so daß die kurzen Ränder nun nach unten weisen und die langen Ränder unter die Laschen 33 und 34 stoßen. Dadurch wird die Kontaktfeder 29 nach unten gebogen und der Schalter geöffnet. Die Laschen 31—34 sind durch einen Stanzvorgang aus der Kontaktfeder 29 heraus geformt worden.

Die beiden elektrischen Zuleitungen 36, 37 sind aus dem Gehäuse am Ende 24 herausgeführt. Nach dem Einsetzen des Schalters in das Gehäuse 20 wird das Ende 24 mit Epoxidharz dicht vergossen.

Statt die Zuleitungen beide am gleichen Ende aus dem Gehäuse herauszuführen, könnte man sie auch an entgegengesetzten Enden in der Weise herausführen, is daß anstelle der Leiterbahn mit Gegenkontaktstück 21 eine Leiterbahn parallel zur oberen Breitseite 23 des Gehäuses durch die dem Ende 24 gegenüberliegende Wand 38 aus dem Gehäuse 20 herausgeführt wird.

Der in F i g. 3 dargestellte, in ein nicht gezeichnetes Gehäuse einzusetzende Schalter spricht sehr rasch an, wobei das Verhalten des Bimetallelementes 43 von der in der Kontaktfeder 41 erzeugten elektrischen Verlustwärme praktisch unbeeinflußt ist. Dies wird erzielt durch einen Aufbau des Schalters, bei dem die Kontaktfeder 41 auf der einen und das Bimetallelement 43 auf der anderen Seite des elektrisch nicht leitenden Trägers 40 angebracht ist. Das am beweglichen Ende der Kontaktfeder 41 befestigte Kontaktstück 47 weist vom Träger 40 fort und arbeitet mit einem dem Träger 40 zugekehrten unbeweglichem Gegenkontaktstück 42 zusammen. Die Kontaktfeder 41 und das Gegenkontaktstück 42 sind mit je einer Lötfahne 48 bzw. 49 zum elektrischen Anschluß versehen.

Das Bimetallelement 43 ist ein Streifen, der an seinen

beiden Enden durch zwei Laschen 44 vom Träger 40 gehalten ist wobei die aktive Seite 43a nach außen, die inaktive Seite 436 nach innen weist In kaltem Zustand ist das Bimetallelement 43 zum Träger 40 hin gebogen.

der zu diesem Zweck eine Senke 50 aufweist Das

Bimetallelement 43 drückt dabei mittels eines in der Mitte des Bimetallelementes 43 befestigten Stiftes 45

aus die Wärme schlecht leitendem Werkstoff die

Kontaktfeder 41 gegen den Gegenkontakt 42. Zum Durchtritt des Stiftes 45 durch den Träger 40 weist

dieser eine öffnung 46 auf. Der Stift 45 liegt der

Kontaktfeder 41 mit einer gerundeten Kuppe 51 an.

Wenn das gebogene Bimetallelement 43 über seine Schalttemperatur hinaus erwärmt wird, dann kehrt es sprunghaft seine Biegung um (in Fig.3 gestrichelt eingezeichnet), wodurch der Stift 45 von der Kontaktfeder 41 abhebt Die Kontaktfeder 41 ist vorgespannt und hebt daraufhin unter der Wirkung ihrer Vorspannung das Kontaktstück 47 vom Gegenkontaktstück 42 ab. Das freie Ende der Kontaktfeder 41 bewegt sich dabei in eine zu diesem Zweck vorgesehene Ausnehmung 52 des Trägers 40. Sinkt die Temperatur des Bimetallelements 43 unter die Rückschalttemperatur, dann springt das Bimetallelement 43 in seine Ausgangslage zurück und schließt dadurch den Schalter.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. In einem elektrisch isolierenden Gehäuse gekapselter Bimetalltemperaturschalter mit einseilig eingespannter Kontaktfeder, dessen Bimetallelement nicht zugleich die Kontaktfeder des Schalters ist. gekennzeichnet durch, die Kombination der Merkmale, daß das flache Gehäuse (20) aus formbeständigem, transparentem oder transluzentem Kunststoff besteht, das unbewegliche Gegenkontaktstück (21) an der einen Breitseite des Gehäuses (20) festgelegt ist und das als Schnappscheibe ausgebildete Bimetallelement (35) lose zwischen Haken, Laschen (31—34) oder dgl. Halterungen auf der Außenseite der Kontaktfeder υ (29) befestigt ist

2. Bimetalltemperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Seite des Bimetallelements (35) nach außen gewandt isi.

3. Bimetalltemperaturschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Breitseite (22) des Gehäuses (20) die Kontaktfeder (29) mit dem zur gegenüberliegenden Breitseite (23) weisenden Kontaktstück (30) befestigt ist, während das Gegenkontaktstück (25) an dieser gegenüberliegenden Breitseite (23) befestigt ist, und die Anschlußleitungen zu beiden Kontaktstücken (25, 30) aus entgegengesetzten Enden (24,38) des Gehäuses (20) herausgeführt sind.

4. Bimetalltemperaturschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Breitseite (22) des Gehäuses (20) die Kontaktfeder (29) mit dem zur gegenüberliegenden Breitseite (23) weisenden Kontaktstück (30) befestigt ist, während das Gegenkontaktstück (25) an dieser gegenüberliegenden Breitseite (23) befestigt ist und die Anschlußleitungen zu beiden Kontaktstücken (25, 30) aus dem gleichen Ende (24) des Gehäuses (20) herausgeführt sind, wobei die Zuleitung (36) zum Gegenkontaktstück (25) über eine der dem Gegenkontaktstück benachbarten Seitenwände oder die dem Ende (24) gegenüberliegende Wand (38) auf jene Breitseite (22) des Gehäuses (20) geführt ist, auf der auch die Kontaktfeder (29) befestigt ist.

5. Bimetalltemperaturschalter mit einseitig eingespannter Kontaktfeder und unbeweglichem Gegenkontaktstück auf der einen Seite eines elektrisch nicht leitenden Trägers und mit einer Bimetall-Schnappscheibe, welche auch die Gestalt eines Streifens besitzen kann und durch Laschen oder dgl. so Halterungen auf der anderen Seite des Trägers an ihrem Rand oder an gegenüberliegenden Randbereichen gehalten ist und durch einen an der Schnappscheibe und/oder an der Kontaktfeder befestigten Stift, der durch eine öffnung im Träger hindurchragt, auf die Kontaktfeder einwirkt, wobei der Schalter von einem formbeständigen Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus transparentem oder transluzentem Kunststoff besteht und daß die aktive Seite (43ajdes eo Bimetallelements (43) und das an der Kontaktfeder (41) befestigte Kontaktstück (47) in entgegengesetzte Richtung weisend nach außen gewandt sind.