DE4029527A1 - Thermoschalter mit bimetall-schnappscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermoschalter mit Bimetall-Schnappscheibe.

Derartige Schalter sind beispielsweise aus der DE-PS 9 77 187 bekannt. Sie werden als Übertemperatursicherung für elektrische Geräte sowie für Wicklungen von Maschinen und Transformatoren eingesetzt. Dabei ist eine mechanisch leicht gewölbt vorgespannte Bimetall-Scheibe randseitig in einem linsenförmigen Gehäuse gehalten. Bei entsprechender Temperatur springt die Bimetall-Scheibe in die entgegenge­ setzt gewölbte Form, wodurch ein zentral angeordneter Kon­ takt entweder geöffnet oder geschlossen wird. Diese Schal­ ter sind nur für geringe Schaltleistungen brauchbar.

Bekannt sind außerdem temperaturabhängige Schnappschalt­ werke (DE-AS 11 65 723) bei denen ein bi-stabil gelagerter Federmechanismus aus einer ersten in eine zweite Endlage umspringt, wenn ein Stößel sich eine definierte, von der Meßtemperatur abhängige Strecke vorwärts oder rückwärts bewegt hat. Auch hier wird beim Umspringen ein Kontakt geöffnet oder geschlossen. Derartige Schnappschaltwerke werden in Verbindung mit Dehnstoffelementen (z. B. Wachs­ patronen) in Kraftfahrzeugen zur direkten Steuerung des Lüfters eingesetzt, wobei üblicherweise Schaltleistungen von 16 bis 20 A bzw. 200 W vorkommen.

Solche Schnappschaltwerke sind vergleichsweise aufwendig. Ihre Montage läßt sich nur schwer automatisieren und ist deswegen sehr kostenintensiv.

Es besteht somit die Aufgabe für den Schaltleistungsbe­ reich, in dem bisher Schnappschaltwerke mit Dehnstoffele­ menten eingesetzt wurden, eine weniger aufwendige Alterna­ tive vorzuschlagen, wobei insbesondere Wert auf eine auto­ matengerechte Ausgestaltung der Einzelteile gelegt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Thermoschal­ ter mit Bimetall-Schnappscheibe gelöst, der gekennzeichnet ist durch

• a) einen Sockel aus Isoliermaterial, auf dem im Abstand zu seiner Stirnfläche zwei Kontaktteile angeordnet sind,
• b) eine Schaltbrücke von der Länge A, die auf einem Kon­ taktteil in einem Endpunkt schwenkbar gelagert und deren anderes Ende in Schließstellung mittels einer im Abstand 0,05 bis 0,15 A vom Schwenkpunkt wirkenden, im Sockel abgestützten Feder gegen das andere Kontaktteil gepreßt ist,
• c) einen mit dem Sockel verbundenen Deckel, in dem ein Führungsteil angeordnet und die Bimetall-Schnapp­ scheibe randseitig gehalten ist, sowie durch
• d) einen im Führungsteil axial beweglichen Stößel zur Übertragung der Schnapp-Bewegung der Bimetall-Schnapp­ scheibe im Abstand von 0,45 bis 0,55 A vom Schwenk­ punkt auf die Schaltbrücke, wobei letztere gegen die Kraft der Feder in die Offen-Stellung schwenkbar ist.

Der erfindungsgemäße Thermoschalter nutzt den einfachen Auf­ bau der Bimetall-Schnappscheibe, die wegen ihres geringen Hubes von nur etwa 0,25 mm zum Schalten größerer Leistungen nicht geeignet ist, in Verbindung mit einer einfachen, federbelasteten Hebelkonstruktion, die so abgestimmt ist, daß mit geringem Hub und geringen Kräften ein einwandfreies Schalten mit ausreichend großem Abstand zwischen den geöff­ neten Kontakte realisiert werden kann. Dabei liegt der Schnappmechanismus nicht im Stromkreis, so daß in diesem Bereich auch keine Abnutzung durch Funkenerosion oder Ver­ zunderung eintreten kann.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt je einen Längsschnitt durch einen Thermoschal­ ter gemäß der Erfindung mit geschlossenem und geöffneten Kontakt.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht und einen Längsschnitt des Sockels (1),

Fig. 3 zeigt eine Ansicht und einen Schnitt der Schalt­ brücke (4).

Fig. 4 zeigt die Kontaktteile (2, 3) in Ansicht und Schnitt.

Fig. 5 zeigt eine Alternative zu Fig. 1.

Fig. 6 zeigt eine Blattfeder (28) für die Alternative nach Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine Schaltbrücke für die Alternative nach Fig. 5.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind im Abstand von der Stirnfläche eines Sockels 1 aus Isoliermaterial Kontakt­ teile 2 und 3 angeordnet, die im oberen Bild über eine Schaltbrücke 4 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei wird die Schaltbrücke 4 von einer in einer Boh­ rung 19 des Sockels 1 abgestützten Feder 5 gegen die Kon­ taktteile 2 und 3 gepreßt. Die Kontaktteile 2 und 3 sind auf je einem leitenden Kontaktstift 10 und je einem nicht leitenden Gegenlager 11 in festem Abstand von der Stirn­ fläche des Sockels 1 angeordnet. Der Sockel 1 besitzt fer­ ner ein wulstartiges Randteil 21 auf dem der stufenartig erweiterte Randbereich 20 eines topfartigen Deckels 6 abge­ stützt ist. Der äußere Rand 23 des Deckels 6 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 22 durch Umbördeln mit dem wulstartigen Randteil 21 des Sockels verbunden. Innerhalb des Deckels 6 ist ein Führungsteil 7 angeordnet und mit seinem vorspringenden Rand 25 zwischen dem stufenartig erweiterten Randbereich 20 des Deckels 6 und dem wulstarti­ gen Randteil 21 des Sockels 1 eingespannt. Dieses Führungs­ teil 7 weist einen zentralen rohrförmigen Ansatz 24 auf, in dem ein Stößel 9 axial beweglich geführt ist. Zwischen dem vorspringenden Rand 27 des Führungsteil 7 und dem Boden 26 des Deckels 6 ist eine Bimetall-Schnappscheibe (8) randsei­ tig gehalten.

Alle Bezugszeichen gelten auch für das untere Bild. In die­ sem ist die Bimetall-Schnappscheibe 8 nach oben durchge­ wölbt dargestellt, wodurch die Schaltbrücke 4 vom Stößel 9 in die Offen-Stellung geschwenkt wird.

Fig. 2 zeigt noch einmal den Sockel 1 gemäß Fig. 1 in Ansicht und Schnitt, und zwar in der geschlossenen Stellung der Schaltbrücke 4. Die Kontaktstifte 10 und Gegenlager 11 sind um 180° versetzt symmetrisch zueinander angeordnet und tragen die Kontaktteile 2 und 3, die halbkreisförmig ausge­ bildet und ebenfalls symmetrisch zueinander um 180° ver­ setzt angeordnet sind. Die Schaltbrücke 4 ist quer zu den Kontaktteilen 2 und 3 gelagert. Die hier nicht besonders erwähnten Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die konstruktive Gestaltung der Schaltbrücke, die aus einem Y-förmigen Stanzteil 4 besteht, bei dem die Doppelenden 14 etwa recht­ winklig abgebogen und als Schneiden 15 ausgebildet sind und bei dem das Einfach-Ende 16 einen Kontaktniet 17 trägt, auf der den Schneiden 15 gegenüberliegnden Seite ist auf dem Stanzteil 4 im Abstand von 0,05 bis 0,15 A vom Schwenkpunkt ein Stift 18 angeordnet. Ferner besitzt das Stanzteil 4 im Abstand von 0,45 bis 0,55 A vom Schwenkpunkt eine kugelige Auswölbung 4a als definierten Angriffspunkt für den Stößel 9.

In der Fig. 4 sind die Kontaktteile 2 und 3 in Ansicht und Schnitt dargestellt. Die Kontaktteile 2 und 3 sind im wesentlichen identisch geformt, so daß zu deren Herstellung von dem gleichen Stanzteil ausgegangen werden kann. Sie besitzen unterschiedliche geformte Befestigungsöffnungen 29 und 31 zur Befestigung auf den Kontaktstiften 10 und den Gegenlagern 11. Außerdem besitzen sie im mittleren Bereich ein Durchgangsloch zur Befestigung des Kontaktniets 13, das beim Kontaktteil 2 nicht genutzt wird. Stattdessen sind im Kontaktteil 2 durch Einprägen zwei Schneidenlager 12 zur definierten Lagerung der Schneiden 15 der Schaltbrücke 4 eingeformt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Alternative zu Fig. 1 sind auf dem Sockel (1) im Abstand zu dessen Stirnfläche wiederum Kontaktteile 2 und 3 auf Kontaktstiften 10 und Gegenlagern 11 angebracht und über eine federbelastete Schaltbrücke 4 miteinander verbunden. In diesem Fall ist eine Blattfeder 28 vorgesehen, die im Abstand von 0,05 bis 0,15 A vom Schwenkpunkt auf der Rückseite der Schaltbrücke 4 angreift und an der Stirnfläche des Sockels 1 befestigt ist. Beziffert ist ferner das wulstartige Randteil 21 des Sockels 1.

In Fig. 6 ist die Blattfeder 28 noch einmal vergrößert dargestellt.

Fig. 7 zeigt die modifizierte Schaltbrücke 4 für die Alter­ native gemäß Fig. 5, die sich von der in Fig. 3 dargestell­ ten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, daß bei ihr der Stift 18 zur Führung der Schraubenfeder 5 fehlt.

Bei dem erfindungsgemäßen Thermoschalter wird die Umschnappbewegung der Bimetall-Schnappscheibe von der einen in die andere Wölbungslage für das sichere Öffnen bzw. Schließen der Schaltbrücke ausgenutzt. Durch ein geeignetes Schaltspiel zwischen Stößel und Schaltbrücke läßt sich die Umschnappbewegung in der Weise übertragen, daß der Stößel mit beträchtlichem Schwung gegen die Schaltbrücke gelangt, so daß die Schaltbrücke von dem Kontaktteil sprungartig abhebt. Eine entsprechend sprungartige Rückbewegung erfolgt, wenn die Bimetall-Schnappscheibe in die nach unten gewölbte Lage umschnappt und die Schaltbrücke von der Feder sprungartig in die Schließstellung gebracht wird. Infolge der sprungartigen Umschaltvorgänge werden die Kontakte durch Lichtbogeneinwirkung nur minimal belastet.

Durch die gewählten Hebelverhältnisse ist außerdem dafür gesorgt, daß trotz der nur geringen nutzbaren Hubbewegung der Bimetallschnapp-Scheibe von etwa 0,25 mm ein hinrei­ chend großer Kontaktabstand in der Offenstellung der Schaltbrücke erreicht wird. Außerdem ist dafür gesorgt, daß die für einen verlustfreien Stromübergang zwischen den Kon­ takten erforderliche Anpreßkraft von 0,2 bis 0,4 N einge­ halten werden kann, ohne daß die für eine definierte Schaltpunkttoleranz von z. B. +3°C auf die Bimetall- Schnappscheibe wirkende Kraft von höchstens 1 N überschrit­ ten wird, und auf das Schneidenlager ein Vielfaches der Kontaktkraft ausgeübt werden kann.

Die für den Kraftfahrzeugeinsatz geforderte Schwingungsunempfindlichkeit des Schaltsystems läßt sich durch eine entsprechend dünne Ausführung der Schaltbrücke im Bereich von 0,3 bis 0,8 mm realisieren, so daß die schwingfähige Masse unter 0,5 g gehalten werden kann, wodurch sich für das Schaltsystem entsprechend hohe, für den Anwendungbereich unkritische Resonanzfrequenzen erge­ ben.

Claims (12)

1. Thermoschalter mit Bimetall-Schnappscheibe, gekennzeich­ net durch

• a) einen Sockel (1) aus Isoliermaterial, auf dem im Ab­ stand zu seiner Stirnfläche zwei Kontaktteile (2, 3) angeordnet sind,
• b) eine Schaltbrücke (4) von der Länge A, die auf einem Kontaktteil (2) in einem Endpunkt schwenkbar gelagert und deren anderes Ende in Schließstellung mittels einer im Abstand 0,05 bis 0,15 A vom Schwenkpunkt wir­ kenden, im Sockel (1) abgestützten Feder (5) gegen das andere Kontaktteil (3) gepreßt ist.
• c) einen mit dem Sockel (1) verbundenen Deckel (6), in dem ein Führungsteil (7) angeordnet und die Bimetall- Schnappscheibe (8) randseitig gehalten ist, sowie durch
• d) einen im Führungsteil (7) axial beweglichen Stößel (9) zur übertragung der Schnapp-Bewegung der Bimetall- Schnappscheibe (8) im Abstand von 0,45 bis 0,55 A vom Schwenkpunkt auf die Schaltbrücke (4), wobei letztere gegen die Kraft der Feder (5) in die Offen-Stellung schwenkbar ist.

2. Thermoschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile aus halbkreisförmigen Plättchen (2, 3) bestehen, die im Abstand von der Stirnfläche des Sockels (1) endseitig mit je einem leitenden Kontaktstift (10) und je einem nicht leitenden Gegenlager (11) verbunden sind.

3. Thermoschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der Plättchen (2) im mittleren Bereich ein Schneidenlager (12) und daß das andere Plättchen (3) im mittleren Bereich einen Kontaktniet (13) aufweist.

4. Thermoschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbrücke aus einem Y-förmigen Stanzteil (4) besteht, bei dem die Doppelenden (14) etwa rechtwinklig abgebogen und als Schneiden (15) ausgebildet sind und bei dem das Einfach-Ende (16) einen Kontaktniet (17) trägt.

5. Thermoschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzteil (4) auf der den Schneiden (15) gegenüber­ liegenden Seiten im Abstand von 0,05 bis 0,15 A vom Schwenkpunkt von einer an der Stirnfläche des Sockels (1) befestigten Blattfeder (28) beaufschlagt ist.

6. Thermoschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzteil (4) auf der den Schneiden (15) gegenüber­ liegenden Seite im Abstand von 0,05 bis 0,15 A vom Schwenk­ punkt einen Stift (18) aufweist.

7. Thermoschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Schraubenfeder (5) ausgebildet ist, die in einer Bohrung (19) des Sockels (1) und durch den Stift (18) geführt wird.

8. Thermoschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) topfartig ausgebildet ist und einen stufenartig erweiterten Randbereich (20) auf­ weist.

9. Thermoschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) sich mit seinem Randbereich (20) gegen ein wulstartiges Randteil (21) des Sockels (1) abstützt und unter Zwischenlage einer Dichtung (22) durch Umbördeln des äußeren Randes (23) mit dem Randteil (21) des Sockels (1) verbunden ist.

10. Thermoschalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungsteil (7) topfartig mit einem zen­ tralen, rohrförmigen Ansatz (24) ausgebildet ist.

11. Thermoschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Führungsteil (7) einen vorspringenden Rand (25) aufweist, mit dem es zwischen dem stufenartig erwei­ terten Randbereich (20) des Deckels (6) und dem wulstarti­ gen Randteil (21) des Sockels (1) eingespannt ist.

12. Thermoschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bimetall-Schnappscheibe (8) randseitig zwischen dem Boden (26) des Deckels (6) und einem vorsprin­ genden Rand (27) des Führungsteils (7) angeordnet ist.