DE2917482A1 - Waermeschutzschalter - Google Patents

Description

DR. ING. HANS LICHTI · DIPL."ING. HEINER LICHTI DIPL.-PHYS. DR. KLAUS LEUTWEIN

D-7500 KARLSRUHE 41(GRÖTZINGEN) · DUR LAC H ER STR. 31 (HOCHHAUS) TELEFON (0721) 48511 · TELEX 7825986 LIPA D

. H.

Peter Hofsäss 4802/79-Lw

D-753O Pforzheim 26. April 1979

Wärmeschutzschalter

Die Erfindung betrifft einen Wärmeschutzschalter, mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse umfangsseitig geführten BimetalIschnappscheibe, mit einem durch die BimetalIschnappscheibe betätigbaren Kontakt sowie mit einem Gegenkontakt, wobei in einer Tieftemperaturstellung Kontakt und Gegenkontakt über Kontaktflächen miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehen und wobei beim Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur die BimetalIschnappscheibe in eine Hochtemperaturstellung um schnappt und den Kontakt vom Gegenkontakt abhebt.

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Derartige Wärmeschutzschalter werden in verschiedensten elektrischen Geräten, insbesondere bei Elektroheizgeräten, in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet. In der normalen Tieftemperaturstellung des Wärmeschutzschalters ist dieser geschlossen, so daß der zu überwachende Strom fließt, steigt dagegen die Temperatur über einen vorbestimmten Wert an, so schnappt die BimetalIschnappscheibe um, so daß der Stromfluß durch den Wärmeschutzschalter und damit die Energiezufuhr zu dem überwachten Gerät unterbrochen wird. Bei einer einfachsten Ausführungsform von Wärmeschutzschaltern der beschriebenen Gattung ist ein besonderes Stromübertragungsglied nicht vorgesehen, so daß in der Tieftemperaturstellung der zu überwachende Strom über die Bimetallschnappscheibe fließt, was nachteilig ist, weil die Strombelastung der Bimetal I schnappschei be deren Schaltverhalten beeinflußt. Dem wird bei bekannten Wärmeschutzschaltern (vgL DE-PS 21 21 802) , auf deren Weiterbildung die Erfindung sich insbesondere bezieht, dadurch begegnet, daß zusätzlich zur BimetalIschnappscheibe eine Federschnappscheibe als Stromübertragungsglied vorgesehen ist. Der zu schaltende Strom fließt dabei über Gegenkontakt, Kontakt und Federschnappscheibe, wobei die Bimetal I schnappschei be selbst stromlos bleibt. Die Federschnappscheibe weist eine gegenüber der BimetalIschnappscheibe geringere (im allgemeinen nur wenig geringere) Federkraft auf und wird daher beim Übergang in die Hochtemperaturstellung in ihre Gegenlage gedrückt. Nimmt die Temperatur wieder ab, so lassen die inneren Kräfte der Bimetallschnappscheibe soweit nach, bis diese schließlich durch die Feder-Schnappscheibe überwunden werden und der Schalter in die Tieftemperaturstellung zurückkehrt. Bei diesen bekannten Wärmeschutzschaltern der beschriebenen Gattung erfolgt die Stromzufuhr zum eigentlichen Schaltwerk üblicherweise dadurch, daß das Gehäuse aus Gehäuseboden und Gehäusedeckel aufgebaut ist, die miteinander elektrisch isoliert verbunden

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sind und den (gehäusefesten) Gegenkontakt bilden bzw. mit dem Kontakt (durch Feder- bzw. BimetalIschnappscheibe) leitend verbunden sind (bzw. umgekehrt) .

Bei den vorstehend beschriebenen gattungsgemäßen Wärmeschutzschaltern besteht der durch die BimetalIschnappscheibe betätigte Kontakt stets aus einer mehr oder minder stark gewölbten Kuppe, die in der Tieftemperaturstellung üblicherweise am ebenen Gehäuseboden bzw. - deckel anliegt. Diese Ausführungsform, die sich unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als naheliegend anbietet, hat sich beim Schalten verhältnismäßig kleiner Ströme durchaus bewährt. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn größere Ströme geschaltet werden sollen oder ein solcher Wärmeschutzschalter überlastet wird. Beim Abheben des Kontakts vom Gegenkontakt bildet sich dabei ein Schaltfunken, und aufgrund der geometrischen Gegebenheiten bei den bekannten Wärmeschutzschaltern kriecht dieser Schaltfunke über die Kontaktwölbung auf die Bimetallschnappscheibe. Die damit verbundenen hohen elektrischen Feldstärken führen insbesondere an den Kanten der BimetalIschnappscheibe zu Änderungen der elastischen Eigenschaften, möglicherweise durch Ausglühen. Diese Änderungen haben jedenfalls die nachteilige Folge, daß die BimetalIschnappscheibe nicht mehr innerhalb eines eng begrenzten Temperaturbereichs umschnappt sondern innerhalb eines breiten Temperaturbereichs "schleichend" von der Tiefin die Hochtemperaturstellung übergeht, so daß eine genaue Umschalttemperatur nicht mehr eingehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeschutzschalter der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß eine betriebsbedingte, insbesondere durch Schaltfoiken verursachte Verschlechterung

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des Umschaltverhaltens der Bimetal I schnappscheibe vermieden wird.

D iese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindens die Kontaktfläche des Gegenkontakts eine konvexe Wölbung aufweist, und daß der Krümmungsbetrag der Kontaktfläche des Gegenkontakts größer ist als der Krüm mingsbetrag der Kontaktfläche des Kontakts. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet Krümmungsbetrag den Betrag der (konvexen oder konkaven) Krümmung der Kontaktflächen, wie sie in üblicherweise mathematisch definiert ist. Durch die konvex gewölbte Ausbildung der Kontaktfläche des Gegenkontakts in Verbindung mit der demgegenüber geringeren Krümmung des Kontakts erreicht die Erfindung, daß der Schaltfunke nicht auf den (mit der BimetalISchnappscheibe verbundenen) Kontakt übergeht sondern am Gegenkontakt verbleibt, so daß eine Beeinträchtigung der Bim eta 11 schnappscheibe durch den Schaltfunken nicht eintritt. Im einzelnen bestehen für die Ausbildung der Kontaktflächen verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise ist die Kontaktfläche des mit der Bimetallschnappscheibe verbundenen Kontakts eben ausgebildet. Unter Umständen kann es sich auch empfehlen, den Kontakt mit einer konkav gewölbten Kontaktfläche zu versehen, wodurch eine bessere Anschmiegung zwischen Kontakt und Gegenkontakt mit entsprechend verringerten Stromdichten erreicht und gleichfalls ein Übergang des Schaltfunkens auf den Kontakt vermieden wird. Unter Umständen genügt es auch schon, wenn der Kontakt zwar gleichfalls konvex, jedoch mit geringerer Krümmung als der Gegenkontakt gewölbt ist.

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Üblicherweise ist der Gegenkontakt gehäusefest und unmittelbar durch eine Gehäusewandung gebildet. Bei einer solchen Ausführungsform lehrt die Erfindung, daß der Gegenkontakt aus einer kartenförmigen, gegenüber dem Gehäuse inneren konvexen Einsenkung der Gehäusewandung besteht, die beispielsweise durch eine entsprechende Prägung der Gehäusewandung gebildet werden kann. Dabei empfiehlt es sich weiter den Gegenkontakt im Bereich einer gegenüber dem Gehäuse inneren nach außen vorstehenden Einsenkung anzuordnen, um auf diese Weise eine noch geringere Bauhöhe des erfindungsgemäßen Wärmeschutzschalters zu erreichen. Der nach innen gewandte Gegenkontakt ist dabei an der Gehäuseaußenseite von einer durch die Einsenkung gebildeten vorstehenden Ringfläche umgeben, an der beim Einbau des Schalters in ein Gerät in einfacher Weise der elektrische Anschluß erfolgen kann. Gegenkontakt und Einsenkung lassen sich ohne weiteres in einem Arbeitsgang durch Drücken, Prägen oder dgl. an Gehäusedeckel bzw. -boden anformen.

Üblicherweise wird der bewegliche Kontakt durch einen eine zentrale Ausnehmung der Bimetal I schnappschei be durchsetzenden Zapfen gebildet. Bei einer solchen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß der Kontakt durch einen die Ausnehmung der Bimetal I schnappschei be umfangsseitig übergreifenden Bund des Zapfens gebildet ist. Damit wird zunächst erreicht, daß ein Schaltfunke, wenn er etwa doch am Kontakt stehen bleiben sollte, jedenfalls am Rand des Bundes festgehalten wird und nicht auf die Bimetallschnappscheibe übergeht. Außerdem ergeben sich montagetechnische Vorteile dadurch, daß die Bi metal I schnappschei be durch den Bund festgehalten wird

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und zusammen mit dem Zapfen als Baugruppe montiert werden kann. Dies wird weiter verbessert, wenn außerdem die BimetalIschnappscheibe zwischen Bund und Zapfen in axialer Richtung - selbstverständlich mit den Fertigungsgegebenheiten und der Funktion entsprechendem Spiel - festgelet ist und Bund und Zapfen mittels eines an den Bund angeformten und eine axiale Ausnehmung des Zapfens durchsetzenden Stifts verbunden sind. Für die Befestigung des Stifts im Zapfen bestehen verschiedene Möglichkeiten, etwa durch Einpressen, Stauchen, durch Kerbnagelausbildung usw.. Der an den Bund angeformte Stift kann auch durch den Zapfen durchgenietet sein, was sich insbesondere empfiehlt, wenn der Zapfen einen besonderen, die zentrale Ausnehmung der Bimetallschnappscheibe durchsetzenden verjüngten Absatz aufweist, so daß ein gewisses Spiel sichergestellt ist.

Wie eingangs erläutert, geht die Erfindung insbesondere von einer Ausführungsform aus, bei der zusätzlich zur BimetalIschnappscheibe ein besonderes Stromübertragungsglied in Form einer Federschnappscheibe vorgesehen ist. Der Kontakt wird dabei durch einen Zapfen gebildet, der zentrale Ausnehmungen von BimetalIschnappscheibe und Federschnappscheibe mit je einem verjüngten Absatz durchsetzt. Hiervon ausgehend sieht die Erfindung vor, daß mindestens der die Federschnappscheibe durchsetzende Absatz mit dieser durch Umbördeln verbunden ist. Der vorstehend erläuterte , die Bim eta 11 schnapp scheibe übergreifende und festhaltende Bund kann gleichfalls durch Umbördeln des entsprechenden Absatzes ausgeführt werden, soweit sich dies mit der Ausbildung der Kontaktfläche des beweglichen Kontakts vereinbaren läßt.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Wärmeschutzschalter im Längsschnitt in Tieftemperaturstel lung,

Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 in Hochtemperaturstellung.

Der in den Figuren dargestellte Wärmeschutzschalter weist zunächst ein Gehäuse auf, das aus einem Gehäuseboden 1 mit daran angeschlossener Seitenwandung 2 und einem Gehäusedeckel 3 aufgebaut ist, die aus elektrisch gut leitendem Material bestehen. Der Gehäusedeckel 3 ist unter Zwischenlage einer elektrischen Isolation 4 in die Öffnung der Seitenwandung 2 eingesetzt und durch Umbördeln befestigt, so daß der Gehäuseinnenraum dicht geschlossen ist. Das im Gehäuseinneren angeordnete Schaltwerk besteht im wesentlichen aus einer Bimetal I schnappschei be 5 , einer Federschnappscheibe 6 sowie einem Zapfen 7, der mit je einem verjüngten Absatz zentrale Ausnehmungen von Bimetal I schnappschei be und Federschnappscheibe 6 durchsetzt. Der untere, die Federschnappscheibe durchsetzende Absatz 8 ist umgebördelt, so daß Federschnappscheibe 6 und Zapfen 7 formschlüssig miteinander verbunden sind. Am oberen, die Bimetal Ischnappscheibe 5 durchsetzenden Absatz 9 ist ein Bund 10 vorgesehen, der die Bimetallschnappscheibe 5 übergreift, so daß auch diese mit dem Zapfen 7 formschlüssig verbunden ist. Damit bildet das Schaltwerk eine zusammenhängende Baugruppe, die sich in einfacher Weise vormontieren und im Gehäuse einsetzen läßt. Der Bund 10 weist an seiner

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Unterseite einen Stift 11 auf, der eine Ausnehmung des Zapfens 7 durchsetzt und mit diesem vernietet ist.

Der Bund 10 bildet einen durch Bimetall- bzw. Federschnappscheibe 5, betätigbaren beweglichen Kontakt, dessen Kontaktfläche 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel eben ausgebildet ist, d. h. die Krümmung Null aufweist.

Dem durch den Bund 10 gebildeten beweglichen Kontakt ist ein gehäusefester Gegenkontakt zugeordnet, der aus einer kartenförmigen Einsenkung des Gehäusedeckels 3 besteht. Die Kontaktfläche 14 des Gegenkontakts ist gegenüber dem Gehäuse inneren und damit gegenüber dem beweglichen Kontakt konvex gewölbt. Die den Gegenkontakt bildende, zum Gehäuse inneren vorstehende Einsenkung 13 ist im Bereich einer vom Gehäuse inneren nach außen vorstehenden kegelstumpfförmigen Einsenkung 15 angeordnet und damit von einer nach außen vorstehenden ringförmigen Kontaktfläche umgeben.

Der elektrische Anschluß des beschriebenen Wärmeschutzschalters im Einbauzustand erfolgt unmittelbar über Gehäuseboden 1 einerseits und Gehäusedeckel 3 andererseits, die aus elektrisch leitendem Material (beispielsweise aus einem mit Silber plattierten geeigneten Metall) bestehen und voneinander elektrisch isoliert sind. Die Federschnappscheibe 6 liegt in der in Figur 1 dargestellten Tieftemperaturstellung umfangsseitig an einem am Gehäuseboden 1 vorgesehenen Widerlager 17 elektrisch leitend an und drückt aufgrund iherer Federkraft die bewegliche Kontaktfläche 12 des Bundes 10 gegen die feststehende Kontaktfläche 14 der am Gehäusedeckel 3 vorgesehenen kalottenförmigen Einsenkung 14, so daß der

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Schalter geschlossen ist. Die am Zapfen 7 gehaltene Bimetal I schnappscheibe 5 ist in dieser Stellung kräftefrei. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur schnappt die Bimetaflschnappscheibe 5 in die in Figur 2 dargestellte Hochtemperaturstellung um. Die Bimetal I schnappscheibe stützt sich in dieser Stellung umfangsseitig an der Isolation 4 ab und drückt den Zapfen 7 unter Überwindung der Federkraft der Federschnappscheibe 6 nach unten, so daß die bewegliche Kontaktfläche 12 von der feststehenden Kontaktfläche 14 abgehoben und der Stromfluß durch den Wärmeschutzschalter unterbrochen wird. Sobald die Temperatur unter die vorbestimmte Temperatur zurückkehrt, lassen die inneren Kräfte der Bimetal Ischnappscheibe 5 nach, bis sie schließlich durch die Federschnappscheibe 6 überwunden werden und das Schaltwerk in die Tieftemperaturstellung gemäß Figur 1 zurückkehrt.

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Claims (8)

1. DR. ING. HANS LICHTI · DIPL.-ING. HEINER LICHTI DIPL.-PHYS. DR. KLLAUS LEUTWEIN

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   Patentansprüche

   / 1. j Wärmeschutzschalter, mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse ν—' umfangsseitig geführten BimetalIschnappscheibe, mit einem durch die Bimetallschnappscheibe betätigbaren Kontakt, sowie mit einem Gegenkontakt, wobei in einer Tieftemperaturstellung Kontakt und Gegenkontakt über Kontaktflächen miteinander in elektrisch leitender Verbindung stehen und wobei beim Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur die BimetalIschnappscheibe in eine Hochtemperaturstellung umschnappt und den Kontakt vom Gegenkontakt abhebt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Kontaktfläche (14) des Gegenkontakts eine konvexe Wölbung aufweist und daß der Krümmungsbetrag der Kontaktfläche (14) des Gegenkontakts größer ist als der Krümmungsbetrag der Kontaktfläche (12) des Kontakts.

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2. 2. Wärmeschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kontaktfläche (12) des Kontakts eben ist.
3. 3. Wärmeschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (12) des Kontakts konkav gewölbt ist.
4. 4. Wärmeschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einer

   Ausführungsform, bei der der Gegenkontakt durch eine Gehäusewandung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkontakt aus einer kalottenförmigen, gegenüber dem Gehäuseinneren konvexen Einsenkung (13) der Gehäusewandung (1, 3) besteht.
5. 5. Wärmeschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Gegenkontakt im Bereich einer gegenüber dem Gehäuseinneren nach außen vorstehenden Einsenkung (15) angeordnet ist.
6. 6. Wärmeschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Ausführungsform, bei der der Kontakt durch einen eine zentrale Ausnehmung der BimetalIschnappscheibe durchsetzenden Zapfen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt durch einen die Ausnehmung der BimetalIschnappscheibe (5) umfangsseitig übergreifenden Bund (10) des Zapfens (7) gebildet ist.

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   -3- 291748:
7. 7. Wärmeschutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallschnappscheibe (5) zwischen Bund (10) und Zapfen (7) in axialer Richtung festgelegt ist und daß Bund (10) und Zapfen (7) mittels eines an den Bund (10) angeformten und eine axiale Ausnehmung des Zapfens (7) durchsetzenden Stifts (11) verbunden sind.
8. 8. Wärmeschutzschaiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer mit dem Kontakt verbundenen Federschnappscheibe als Stromübertragungsglied, wobei der Kontakt durch einen Zapfen gebildet ist, der zentrale Ausnehmung von BimetalIschnappscheibe und Federschnappscheibe mit je einem verjüngten Absatz durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der die Federschnappscheibe (6) durchsetzende Absatz (8) mit dieser durch Umbördeln verbunden ist.

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