DE2832224C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bekannten Wärmeschaltern dieser Art (DE-OS 25 44 334 und 21 49 607, US-PS 32 91 945) ist die Kontaktbrücke zwischen den beiden Federn gehalten, wobei die auf dem Schmelzelement abge­ stützte erste Feder im wesentlichen den Kontaktdruck bestimmt, während die zweite Feder die Öffnungsbewegung durchführt, wenn die erste Feder beim Schmelzen des Schmelzelementes ihr Widerlager verloren hat. Der Nachteil dieser bekannten Anordnungen liegt darin, daß das Schmelzelement im normalen Betrieb des Schalters durch die Wärmeeinwirkung schrumpft und sich damit in seiner gegenüber der auf ihm aufruhenden Feder wirksamen Höhe verringern kann. Dabei kann der Zustand erreicht werden, daß kein ausreichender Kontaktschließdruck mehr besteht und der Schalter damit öffnet, ohne daß die Ansprechtemperatur erreicht wird. Bei dem langsamen Abheben kann sich weiter ein Lichtbogen zwischen den Kontakt­ elementen und der Kontaktbrücke ausbilden, der zu einem Ver­ schweißen der Kontaktbrücke mit den Anschlußklemmen führen kann. Damit verliert der Wärmeschalter aber seine Schutzwirkung, da die Kontakte auch dann geschlossen bleiben, wenn bei der Ansprech­ temperatur das Schmelzelement tatsächlich schmilzt. Dieses gilt auch bei einem weiteren bekannten Wärmeschalter (US-PS 29 55 179), bei dem das Schmelzelement zwischen der den Kontaktschließdruck aufbringenden Feder und der Kontaktbrücke angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeschalter so auszubilden, daß auch bei dem erwähnten Schrumpfen des Schmelzelementes die Kontaktschließkraft im wesentlichen unverändert bleibt und so der Schalter seine Funktionsfähigkeit voll erhält.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Patentanspruch 1 herausgestellten Merkmale.

Durch die beanspruchte Anordnung wirkt auf die Kontaktbrücke im normalen Betrieb ausschließlich die innerhalb des Zwischen­ elementes angeordnete Feder, die von der Feder, über die die Öffnungsbewegung durchgeführt wird, unbeeinflußt ist. Die beiden Federn sind also mechanisch voneinander isoliert. Durch Wahl der Höhe des Zwischenelementes läßt sich auch über einen erheblichen Schrumpfweg des Schmelzelementes die Kontaktschließkraft im wesentlichen konstant halten. Es wird hierbei sichergestellt, daß ein Abheben der Kontaktbrücke von den Anschlußelementen nur dann stattfindet, wenn tatsächlich das Schmelzelement bei Erreichen der Ansprechtemperatur schmilzt. In diesem Fall kommt es dann zu einer schnellen Entspannung der auf das Zwischenelement ein­ wirkenden Feder. Die Kontaktbrücke kommt dabei zur Anlage an der angrenzenden Anschlagfläche und wird damit mit dem Zwischenelement mechanisch gekoppelt. Das Abheben der Kontaktbrücke von den Anschlußelementen erfolgt dabei ausschließlich unter der Wirkung der das Zwischenelement gegen das Schmelzelement pressenden Feder. Die innerhalb des Zwischenelementes auf die Kontaktbrücke einwirkende Feder ist dabei unwirksam. Es findet also keine Subtraktion der beiden einander entgegenwirkenden Federkräfte statt wie bei den bekannten Wärmeschaltern.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Wärmeschalters sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Aus­ führungsform des Wärmeschalters;

Fig. 2 eine Explosionszeichnung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 1, wobei die Elemente im Anfangszustand gezeigt sind, in dem sie den Stromkreis schließen;

Fig. 6 und 7 Schnitte ähnlich der Fig. 5, jedoch in unterschied­ lichen, späteren Betriebsstufen;

Fig. 8 den Einbau eines Wärmeschalters nach Fig. 1;

Fig. 9 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 3 einer zweiten Aus­ führungsform des Wärmeschalters;

Fig. 10 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 5 einer dritten Aus­ führungsform des Wärmeschalters.

Fig. 1 zeigt einen Wärmeschalter 22 mit einem Gehäuse 24. Das Gehäuse 24 ist vorzugsweise aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material, z. B. aus Aluminium oder einer Zinklegierung hergestellt.

Ein Paar parallel im Abstand angeordneter Anschlußklemmen 26 und 28 mit Flachsteckern 30 bzw. 32 und Schaltkontaktabschnitten 34 bzw. 36 stehen über das Ende des Gehäuses 24 vor. Das Gehäuse ist mit einer Schicht 38 aus elektrisch isolierender Vergußmasse verschlossen, die zusammen mit dem Gehäuse 24 die Schaltelemente des Wärmeschalters vollkommen einschließt.

Wie die Explosionsdarstellung des Wärmeschalters 22 in Fig. 2 zeigt, weist das Gehäuse 24 im Bereich seines offenen Endes innen periphere Bördelleisten 40 auf. Ein Einsatz 44 aus einem starren, elektrisch isolierenden Material weist eine Aussparung 46 auf, die die verschiedenen Schalterelemente außer einem temperatur­ empfindlichen Schmelzelement 48 vom Gehäuse 24 elektrisch isoliert aufnimmt und hält. Das zylindrisch ausgebildete Schmelz­ element 48 ist gleitbar in einen zentrischen, sich in Längs­ richtung erstreckenden Kanal 49 der Aussparung 46 eingepaßt. Über dem Schmelzelement 48 ist ein rohrförmiges Zwischenelement 50 mit gegenüberliegenden im wesentlichen flachen, zueinander parallel ausgebildeten Böden 52 und 54 angeordnet. Der Boden 52 steht mit dem Schmelzelement 48 in Eingriff.

Das Zwischenelement 50 weist gegenüberliegende, sich in Längs­ richtung erstreckende Schlitze 56 und 58 in seinem Rohrmantel 60 auf, die sich über die ganze Höhe des Zwischenelementes erstrecken. Der Boden 54 des Zwischenelementes 50 ist mit einem quer ver­ laufenden Schlitz 66 auf der Diagonalen durch die Schlitze versehen. In dem Zwischenelement 50 ist eine Druckfeder 70 geeigneter Dimension angeordnet. Zwischen der Druckfeder 70 und dem Boden 54 ist eine Kontaktbrücke 72 mit einem zentrischen, kreisförmigen Führungsabschnitt 74 mit einander gegenüber­ liegenden rechteckigen Kontaktarmen 76 und 78 angeordnet. Die Kontaktbrücke 72 mit ihren Kontaktarmen 76, 78 ist in dem Zwischenelement 50 in dessen Achsrichtung gleitbar geführt. Die Kontaktarme 76 und 78 erstrecken sich durch die Schlitze 56 und 58. Die Druckfeder 70 drückt die Kontaktbrücke 72 nach oben in Richtung auf den Boden 54 des Zwischenelementes 50. Eine zweite Druckfeder 79 ist über dem Zwischenelement 50 angeordnet und drückt mit einer vorgegebenen Kraft gegen den Boden 54 des Zwischenelementes 50.

Eine aus Isoliermaterial bestehende Abdeckplatte 80, vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, liegt oben auf dem Einsatz 44, in der die Feder 79 in dem Kanal 49 geführt ist. Die Isolierplatte weist parallele rechteckige Öffnungen 82 auf, die mit rechteckigen Aussparungen 84 in dem Einsatz 44 fluchten, die von der Aus­ sparung 46 ausgehen. Die Kontaktabschnitte 34 und 36 der An­ schlußklemmen sind so dimensioniert, daß sie durch die Öffnungen 82 in die Aussparungen 84 des Einsatzes 44 eindrückbar sind. Die Abdeckplatte 80 weist eine zentrische, nach unten gerichtete Führungswarze 85 (Fig. 3) für die Druckfeder 79 auf. Die Kontaktenden 86 der Kontaktabschnitte 34 und 36 der An­ schlußklemmen sind vorzugsweise geringfügig gebogen. Zwischen den Kontaktenden 86 und den Schultern der Flachsteckerabschnitte 30 und 32 der Anschlußklemmen sind jeweils entgegengesetzt gerichtete dreieckige Vorsprünge 90 vorgesehen, die zum sicheren Befestigen und Ausrichten der Kontaktabschnitte 34 und 36 in der Aussparung 46 dienen. Zwischen den Vorsprüngen 90 und den Kontaktenden 86 sind federnde Arretierungszungen 92 vorgesehen.

Fig. 3 bis 5 zeigen die verschiedenen in Fig. 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen Bauteile im Gehäuse montiert, wobei die Teile im Gehäuse durch die auf die Abdeckplatte umgelegten Bördelleisten 40 gehalten sind. Am Boden des Kanals 49 ist das Schmelzelement 48 gelagert. Der Boden 52 des Zwischenelementes 50 ruht oben auf dem Schmelzelement 48 auf. Die Feder 70 liegt vorgespannt zwischen der Kontaktbrücke 72 und dem Boden 52 des Zwischenelementes 50. Die Kontaktbrücke 72 ist im Abstand vom Boden 54 des Elementes 50 durch die Kontaktenden 86 der Kontakt­ teile 34 und 36 gehalten, gegen die mit der Vorspannungskraft der Feder die Kontaktarme 76 und 78 der Kontaktbrücke 72 anliegen. Der Abstand zwischen dem Boden 54 des Zwischenelementes 50 und der Kontaktbrücke 72 wird von der Höhe des Schmelzelementes 48 bestimmt, das direkt wärmeleitend gegen den Boden des Gehäuses 24 anliegt. Die übrigen Schalterelemente sind elektrisch isoliert von dem Einsatz 44 bzw. der Abdeckplatte 80 umschlossen.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist die beschriebene Ausführungsform in drei Betriebsstufen dargestellt. In Fig. 5 ist der normale Betriebszustand dargestellt, in dem der Stromkreis durch die Kontaktbrücke geschlossen ist, die unterhalb des Bodens 54 des Zwischenelementes im Abstand 88 liegt, der für eine eventuelle Verringerung der Höhe des Schmelzelementes durch Sublimation als Toleranzbereich zur Verfügung steht, bevor die Kontaktbrücke an dem oberen Boden 54 des Zwischenelementes zur Anlage kommt (Fig. 5). Der Abstand 88 wird so gewählt, daß eine Schrumpfung des Schmelzelementes durch Sublimation, die typisch 50% der Ausgangshöhe des Schmelzelementes ausmacht, kompensierbar ist.

Jede Verringerung der Höhe des Schmelzelementes 48 durch Er­ weichung oder Schmelzen führt zu einer schnellen Abwärtsbewegung des Zwischenelementes 50, die dann mit einer Abwärtsbewegung der Kontaktbrücke 72 verbunden ist, wodurch der Schalter öffnet, wie in Fig. 7 dargestellt.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 9 und 10 entsprechen im wesentlichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Für gleiche Teile sind daher gleiche Bezugszeichen verwendet und insoweit wird auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist das Zwischenelement 150 in Form eines C mit scharfen Ecken ausgebildet, wobei die vom Steg 160 ausgehenden Schenkel 152 und 154 die beiden Böden bilden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 weist das Zwischenelement 250 einen zentralen Bolzen 202 auf, an dessen unterem Ende ein Flansch 252 ausgebildet ist und der an seinem oberen Ende eine Scheibe 254 trägt. Der Flansch 252 und die Scheibe 254 bilden hier wiederum den oberen bzw. den unteren Boden des Zwischenelementes.

Für den beschriebenen Wärmeschalter ist es wesentlich, daß die beiden Federn 70 und 79 unabhängig voneinander wirksam sind. Hierdurch können sowohl hohe Anpreßkräfte als auch hohe Trenn­ kräfte erreicht werden. Das Schmelzelement 48 wirkt über das Zwischenelement 50 als Reaktionselement für beide Federn 70 und 79. Die Kontaktschließkraft wird ausschließlich durch die Feder 70 bestimmt. Bei einem typischen Anwendungsfall wird für das Schmelzelement 48 eine Ausgangshöhe von 2,5 mm gewählt. Hierfür wird für die Feder 70 eine Kraft von etwa 9 Newton gewählt. Für die Feder 79 wird dabei eine größere Federkraft gewählt, beispielsweise in der Größenordnung von 9 bis 18 Newton. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei einem Schmelzen, bei dem beide Federn gleichgerichtet auf das Zwischenelement wirken, ein zuverlässiges Öffnen der Kontakte erreicht wird.

In Fig. 8 ist eine Befestigung des beschriebenen Wärmeschalters 22 an einer Montageplatte 93 gezeigt. Von dem Gehäuse 24 aus erstreckt sich ein Montagewinkel 94 mit einer Bohrung zur Auf­ nahme einer Befestigungsschraube 96, mit der der Montagewinkel und damit der Schalter auf der Montageplatte befestigt wird. Der Montagewinkel weist hier eine Führungsleiste 98 auf, die in eine Öffnung in der Montageplatte 93 eingreift. Der Schalter ist hierbei mit seinen Anschlußklemmen unter einem Winkel nach oben gerichtet montiert. Die Flachstecker 30 stehen hierbei voll­ ständig frei über der Platte, so daß die Gefahr von Kurzschlüssen beim Herstellen der Verbindungen über entsprechende Steckschuhe ausgeschaltet ist.

Claims (7)

1. Wärmeschalter mit wenigstens zwei im Abstand voneinander angeordneten Anschlußklemmen, einer im wesentlichen parallel verschiebbaren Kontaktbrücke für die Anschlußklemmen, einer ersten Feder, die unter Vorspannung gegen ein Schmelzelement anliegt, und einer zweiten, der ersten Feder entgegengesetzt vorgespannten Feder, die auf die Kontaktbrücke einwirkt, wobei das Schmelzelement thermisch leitend mit dem Schalt­ gehäuse in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Feder (79) und dem Schmelzelement (48) ein Zwischenelement (50) mit zwei axial im Abstand von­ einander liegenden Anschlagflächen (52, 54) vorgesehen ist, daß innerhalb des Zwischenelementes die Kontaktbrücke (72) axial beweglich ist, und daß die zweite Feder (70) innerhalb des Zwischenelementes zwischen der dem Schmelzelement zu­ gewandten Anschlagfläche (52) und der Kontaktbrücke (72) ange­ ordnet ist.

2. Wärmeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (50) im wesentlichen in Form eines Rohres mit Endböden (52; 54) ausgebildet ist, dessen Mantel (60) an gegenüberliegenden Seiten mit sich axial erstreckenden Schlitzen (56, 58) versehen ist, durch die sich Kontaktarme (76, 78) der Kontaktbrücke (72) erstrecken.

3. Wärmeschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke (72) in ihrer Mitte mit einem dem Innen­ querschnitt des Rohrmantels (60) entsprechenden Führungs­ abschnitt (74) versehen ist.

4. Wärmeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (50) C-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel die Anschlagflächen bilden.

5. Wärmeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (50) eine Stange aufweist, auf der Anschlagscheiben (52, 54) angeordnet sind.

6. Wärmeschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (70, 79) koaxial angeordnet sind.

7. Wärmeschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn als Druckfedern ausgebildet sind.