DE3231136C2

DE3231136C2 - Bimetallschutzschalter

Info

Publication number: DE3231136C2
Application number: DE19823231136
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: LIMITOR AG 8022 ZUERICH CH; Limitor Ag 8022 Zuerich
Current assignee: Limitor Ag Zuerich Ch Uchiya Thermostat Co Mis
Priority date: 1982-08-21
Filing date: 1982-08-21
Publication date: 1984-08-23
Also published as: EP0102574A3; DE8223614U1; EP0102574B1; EP0102574A2; DE3231136A1

Abstract

Es wird ein Bimetallschutzschalter beschrieben, welcher bei Überschreiten einer vorbestimmten Schalttemperatur öffnet und dann durch einen den Schalter überbrückenden Heizwiderstand (18) offengehalten wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bimetallschutzschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus der FR-PS 14 01 964 bekannt.

Der bekannte Schalter ist in ein elektrisch isolierendes Gehäuse aus Kunststoff gekapselt und enthält darin eine einseitig eingespannte Kontaktfeder, welche zugleich das Bimetallelement des Schalters ist und mit einem festen Kontaktstück zusammenarbeitet. In einer Ausbuchtung der Gehäusewand, welche dem Bimetallelement benachbart ist, ist ein i. w. zylindrischer Heizwiderstand angeordnet, mit welchem sich das Bimetallelement beheizen läßt. In einem Schaltungsbeispiel ist dieser Heizwiderstand so geschaltet, daß er die beiden Anschlußklemmen des Schalters überbrückt, d.h. parallel zu den Schaltkontakten geschaltet ist. Dies hat zur Folge, daß nach einem öffnen des Schalters infolge Überschreitens seiner Schalttemperatur der elektrische Strom nur noch durch den Heizwiderstand iließt, welcher nun das Bimetallelement beheixt und verhindert. ■; daß es unter seine Schalttemperuiur abkühlt, solange der Strom durch den Heizwiderstand fließt. Die Art und Anordnung des Heizwiderstandes haben den Nachteil, daß die Wärme räumlich sehr konzentriert cr/.eugl wird, so daß der Hei/.widerxtand verhältnismäßig hohe Temperaturen erreichen kann, welche dem Kunststoffgehäuse schaden können, insbesondere ein Verziehen des Kunststoffgehäuses bewirken können, welches als weiteren Nachteil eine Änderung der Schalttcmperatur nach sich ziehen kann. Nachteilig ist außerdem, daß die in der FR-PS 14 01 964 beschriebene Anordnung des Heizwiderstandes notwendigerweise auf gekapselte Schalter beschränkt ist

Aus der US-PS 35 79 167 ist darüber hinaus ein gekapselter Bimetallschutzschalter bekannt in welchem eine einseitig eingespannte und mit einem festen Kontaktstück zusammenarbeitende Kontaktfeder durch eine gesondert angeordnete Bimetallscheibe betätigt wird, wobei zwischen der Kontaktfeder und der Bimetallscheibe ein Stößel vorgesehen ist welcher die Bewegung der Bimetallscheibe auf die Kontaktfeder überträgt. Auch bei diesem Schalter ist das Bimetallelement durch einen Heizwiderstand beheizbar. Ais Heizwidersland dierii eine in der Nachbarschaft der Bimetallscheibe angeordnete Keramikscheibe, welche auf ihrer der

in Bimetallscheibe abgewandten Seile eine dünne elektrische Widerstandsschicht aus einem Gold, Silber, Platin oder Silber-Palladium enthaltenden Widerstandsmaterial trägt.

Dieser Heizwiderstand hat zwar den Vorteil, großflächig zu sein, so daß bei gleicher Heizleistung seine Oberflächentemperatur niedriger ausfällt als bei dem aus der FR-PS 14 01 964 bekannten Schalter, doch ist der Wärmeübergang vom Heizwiderstand auf das Bimetallelement ungünstig, weil die Widerstandsschicht auf der dem Bimetallelement abgewandten Seite der Keramikscheibe angeordnet ist und zwischen der Widerstandsschicht und dem Bimetallelement keine Wärmeübertragung durch Konvektion möglich ist. Außerdem ist der Heizwiderstand bei diesem Schalter nicht parallel zu den Schaltkontakten geschaltet, sondern wird unabhängig von diesen an eine Stromquelle angeschlossen, um die Ansprechgeschwindigkeit des Schalters durch zusätzliche Beheizung zu erhöhen. Hierzu kommt daß auch dieser Schalter einen Aufbau hat, der

so nur in gekapselter Bauweise verwirklicht werden kann, nicht aber in offener Bauweise.

Aus der GB-PS 11 26 647 ist schließlich ein gekapselter Bimetallschalter bekannt, dessen einseitig eingespannte Kontaktfeder zugleich das Bimetallelement des Schalters ist. Durch einen zylindrischen Heizwiderstand, welcher in das Bimetallelement selbst eingefügt ist, ist das Bimetallelement beheizbar. Der Heizwiderstand ist nicht parallel zu den Schaltkontakten geschaltet, sondern wird unabhängig von diesen mit einer Stromquelle verbunden, um durch die Beheizung die Schaltvorgänge nach Belieben steuern zu können. Die gewählte Anordnung des Heizwiderstandes läßt sich zwar auch bei nicht gekapselten Schaltern realisieren, doch beeinflußt eine solche Anordnung das Schaltverhalten des Bimetallele-

b5 mentes negativ, indem es das Schaltvermögen herabsetzt, die Biegefähigkeit des Bimelallelements mindert und die Schwankungsbreite der Schalttcmperatur erhöht. Außerdem ist man in der Gestaltung des IVimeinll-

elements durch cine solche Anordnung sehr eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen durch einen Bimetallschutzschalter, bei welchem die Anordnung des Heizwidersta>>des so getroffen ist, daß eine großflächige Wärmequelle mit gutem Wärmeübergang zum Bimetallelement besteht, ohne daß die Gestaltungsmöglichkeiten für das Bimetallelement dadurch eingeengt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Widerstandswert des Dickschichtwiderstands wird in Anpassung an die jeweilige Schalt- und Überwachungsaufgabe des Schutzschalters so gewählt, daß bei geschlossenem Schutzschalter (ungestörter Betrieb des überwachten Gerätes) der weit überwiegende Teil des übe· den Bimetallschutzschalter fließenden Stromes den Weg über die Kontaktfeder und die geschlossenen Schaltkontakte nimmt und nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Stromes über den parallel zu den Schaltkontakten liegenden Widerstand fließt so daß die im Widerstand erzeugte ohmsche Wärme nicht ausreicht, um das Bimetallelement des Schutzschalter« auf seine Schaltlemperatur zu erwärmen. Der Widerstandswert ist andererseits so zu wählen, daß bei geöffnetem Schalter die infolge höheren Stromdurchgangs durch den Widerstand erzeugte ohmsche Wärme ausreicht, um das Bimetallelement oberhalb seiner Schalttemperatur und mithin den Schalter offen zu halten.

Die dazu benötigte Heizleistung liegt typisch in der Größenordnung von einigen Watt; bei einer Speisespannung von 220 V liegen geeignete Widerstandswerte für den Dickschichtwiderstand in der Größenordnung von 10 kn, z. B. zwischen 5 kil und 25 kn.

Die Rückstellung des Bimetallschutzschalters erfolgt durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Widerstand. Dies kann im einfachsten Fall durch Ziehen des Netzsteckers oder durch Öffnen eines ohnehin vorhandenen Netzschalters erfolgen; es kann zu diesem Zweck aber auch ein gesonderter Unterbrecherschalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter kann grundsätzlich an beliebiger Stelle des Gerätes vorgesehen sein, so daß dadurch keine besonderen Einbauprobleme für den rückstellbaren Bimetallschutzschalter entstehen. Er eignet sich vor allem als Schulzschalter in elektrischen Kleingeraten, Einbauthermostaten, Kleinmotoren, Kleintransformatoien, Küchen- und Haushaltsgeräten u.a.

Als Heizwiderstand verwendet der erfindungsgemäße Schalter einen Dickschichtwiderstand. Dank seines plattenförmigen Aufbaus kann er seine Wärme über eine große Fläche verteilt abgeben, so daß loka!c Überhitzungen, welche den Schalter verformen oder sonstwie schädigen könnten (vor allem, wenn der isolierende Träger bzw. das isolierende Gehäuse aus einem Kunststoff bestehen), bei Verwendung von Dickschichtwiderständen nicht zu befürchten sind.

Ein weiterer Vorteil der Dickschichtwiderstände liegt darin, daß sie durch Trimmen mittels eines Laserstrahles sehr exakt auf ihren Nennwert des Widerslandes eingestellt werden können; dementsprechend klein sind die Abweichungen vom Nennwert des Widerstandes innerhalb einer Serie und ma¹¹ muß — anders als bei den bekannten Thermoschalter — keine »Heizleistungsrcserve« zur Sicherheit einplanen.

l-in weiterer Vorteil 'lei Verwendung von Dickschichiwidersländcn liegt dann, daß es ohne weiteres möglich ist, die Grundfläche des Widerstandes den geometrischen Vorgaben des Schalters anzupassen, so daß für jeden Schalter ein optimaler Wärmeübergang vom Dickschichlwiderstand auf das Bimetallelement erzielt werden kann.

Obendrein ist der Dickschichtwiderstand noch ein sehr preiswertes Bauelement Erst durch seinen Einsatz kann dem Bimetallschutz mit Selbsthaltui:g ein nahezu unbegrenztes Einsatzgebiet erschlossen v/erden.

Bei dem erfindungsgemäßen Bimetallschutzschalter befinden sich der ruhende Schaltkontakt und die Kontaktfeder mit dem beweglichen Schaltkontakt auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Trägers und der ohrnsehe Widerstand ist auf der anderen Seite des Trägers angeordnet, wobei zwischen dem Widerstand und dem Bimetallelement bzw. der Kontaktfeder auf der anderen Seite des Trägers eine Durchbrechung im Träger vorgesehen ist, wodurch ein guter Wärmeübergang vom Widerstand auf das Bimetallelement erreicht wird, obwohl zwischen beiden der elektrisch isolierende Träger liegt.
Zweckmäßigerweise wird der Widerstand unmittelbar an den ohnehin vorhandenen Anschlußfahnen bzw. -stiften des Schutzschalters befestigt. Um diese Befestigung nicht durch Maßabweichungen innerhalb einer Serie zu erschweren und insbesondere um eine automatische Befestigung zu erleichtern, werden die Anschlußfahnen oder -stifte mit Vorteil zunächst einstückig in dem Träger fixiert, z. B. mit Kunststoff umspritzt danach getrennt, insbesondere im Bereich einer im mittleren Abschnitt des Trägers vorgesehenen Durchbrechung, und auf den getrennten Anschlußfahnen oder -stiften wird dann der Widerstand z. B. durch Löten befestigt. Die derart in den Träger eingebetteten Anschlußfahnen weisen zwangsläufig innerhalb einer Serie stets dieselben Lagen relativ zueinander auf, so daß die Verbindungspunkte mit dem Widerstand immer an denselben Stellen auf den Anschlußfahnen bzw. -stiften liegen können.

Je nach Schalt- und Überwachungsaufgabe kann das Bimetallelement die Kontaktfeder selbst sein (z. B. wenn der Schutzschalter ein Überstromschutzschalter ist, welcher den über seine Schaltkontakte fließenden Strom überwacht), oder kann ein von der Kontaktfeder gesondertes, aber auf die Kontaktfeder einwirkendes Element sein. Im letzteren Falle wird eine Ausbildung des Bimelallelements als Schnappscheibe bevorzugt, weil diese eine besonders scharf definierte Schalttemperatur aufweist und einen besonders großen Kontakthub

so bei der Kontakttrennung bewirkt, was sich günstig sowohl auf die Schaltsicherheit als auch auf die Zuverlässigkeit des Offenhaltens des Schutzschalters auswirkt. Aber auch bei Bimetallschutzschaltern, deren Bimetallelement keine Schnappscheibe ist, wird die Schaltsicherheit unter Vermeidung von unerwünschten Schaltspielen beim Ansprechen des schleichend abhebenden beweglichen Kontaktstückes erhöht, weil bereits beim ersten öffnen des Schalters die Beheizung des Bimetallelements verstärkt und dadurch der Öffnungsvorgang

μ des Schalters beschleunigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die vereinfachte Zeichnung. Es handelt sich um einen Schnitt durch die vertikale Längsmiitelebene eines nicht gekapselten Schutzschalters. (Die Erfindung ist natürlich auch

M auf gekapselte Schalter anwendbai.) In einen elektrisch isolierenden flachen Träger I eingebettet sind zwei elektrische Anschlußfahnen 2 und 3 mit Lötösen 4 und 5. Aus den Anschlußfahnen 2 und 3 sind Zungen 7 und 8

ausgestanzt, stufenförmig hochgestellt und ebenfalls abschnittweise in den Träger 1 eingebettet. Die Zungen 7 und 8 liegen in Höhe und parallel zur Oberseite 9 des Trägers 1, die Anschlußfahnen 2 und 3 liegen in Höhe und parallel zur Unterseite 6 des Trägers 1.

Auf der einen Zunge 8 ist mit ihrem einen Ende eine Kontaktfeder 10 befestigt, welche an ihrem beweglichen Ende einen Schaltkontakt 11 trägt, der mit einem ruhenden Schaltkontakt 12 zusammenarbeitet, welcher auf der anderen Zunge 7 befestigt ist. Zwischen Haken in 15 vorn und hinten auf der Kontaktfeder 10 und Laschen 17 seitlich an der Kontaktfeder 10 ist eine Bimetallschnappscheibe 16 lose gehalten.

An der Unterseite des Trägers 1 ist ein Dicksehichl widerstand 18 angeordnet, welcher üblicherweise die Gc- i^r> stalt einer flachen, beschichteten Keramikplatte hat.

Seine beiden starren Anschlußfahnen 20, 21 führen in entgegengesetzte Richtungen vom Widerstand 18 fort und sind mit den Anschlußfahnen 2 bzw. 3 des Schutzschalters verlötet.

Der Träger 1 besitzt eine von unten nach oben durchgehende Durchbrechung 19, durch welche die im Widerstand 18 erzeugte ohmsche Wärme zur Kontaktfeder 10 und zur Schnappscheibe 16 gelangen kann.

Bei eingebautem und geschlossenem Schalter fließt der Strom weit überwiegend über die Schaltkontakte 11 und 12 und nur zu einem geringen Teil über den Widerstand 18. Spricht jedoch der Schalter an und öffnet, dann fließt der Strom nur noch über den Widerstand 18, dieser heizt sich auf und gibt soviel Wärme an die Schnappscheibe 16 ab, daß diese oberhalb ihrer Schalttemperatur bleibt, solange der Strom durch den Widerstand 18 nicht unterbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bimetallschutzschalter, welcher bei Oberschreiten einer vorgewählten Temperatur durch ein Bimetallelement geöffnet und durch einen ohmschen Widerstand, welcher den Schalter überbrückt, in geöffnetem Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (19) ein Dickschichtwiderstand ist, und daß die Kontaktfeder (10) mit dem beweglichen Schaltkontakt (11) und der ruhende Schaltkontakt (12) des Bimetallschutzschalters auf der einen Seite eines elektrisch isolierenden Trägers (1) angeordnet sind, während der Widerstand (18) auf der gegenüberliegenden Seite des isolierenden Trägers (1) angeordnet ist, und daß dieser zwischen dem Widerstand (18) und der Kontaktfeder (10) durchbrochen ist

2. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (16) eine Schnappscheibe ist

3. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Schnappscheibe (16) durch Haken (15), Laschen (17) oder dgl. Halterungen auf der Oberseite oder Unterseite der Kontaktfeder (10) gehalten ist

4. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder selbst das Bimetallelement ist.

5. Bimetallschutzschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) an den Anschlußfahnen (2, 3) bzw. -stiften des Bimetallschutzschalters befestigt ist

6. Verfahren zur Herstellung eines Bimetall-,schutzschalters mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußfahnen (2, 3) zunächst einstückig zusammenhängend im isolierenden Träger (1) fixiert und anschließend — z. B. durch einen Stanzvorgang — voneinander getrennt werden, und daß danach der Widerstand (18) an den Anschlußfahnen (2, 3) bzw. -stiften befestigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung eines Bimetallschutzschalters gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußfahnen (2,3) bzw. -stifte im Bereich der Durchbrechung (19) des Trägers (1) voneinander getrennt werden.