DE4339799C2 - Kippelement zur Abgabe eines Signals und/oder zur Sicherheitsunterbrechung eines Stromkreises an/in einem elektrischen Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kippelement zur Abgabe eines Signals und/oder zur Sicherheitsunterbrechung eines Strom­ kreises an/in einem elektrischen Gerät bei Überschreitung einer Grenz-Schräglage.

Derartige Kippelemente, auch als Kippsicherungen bezeichnet, sind bekannt beispielsweise aus den deutschen Gebrauchsmustern DE 85 15 854 U1 und DE 90 17 622 U1 sowie der europäischen Patentanmeldung EP 302 129 A1.

Aus dem erstgenannten Gebrauchsmuster geht ein Kippelement hervor, das ein Schaltelement mit Fest- und Bewegungskon­ takten aufweist sowie einen Kippsensor hat, der bei Verkip­ pen des Gerätes auf ein mit dem Bewegungskontakt des Schaltelements zusammenwirkendes Übertragungselement eine Auslösebewegung überträgt. Die Auslösebewegung führt dazu, daß sich der Schalter öffnet und einen Betriebsstromkreis des durch das Kippelement abgesicherten Gerätes, beispiels­ weise ein Heizgerät oder dgl., unterbricht.

Der Kippsensor vollzieht bei Erreichen einer gewissen Schräglage des Gerätes eine einseitige Kippbewegung, wo­ durch der gegen das Schaltelement vorstehende und die Kon­ takte damit geschlossen gehaltene Vorsprung angehoben wird und eine Kontaktöffnung zuläßt.

Als weiterer Stand der Technik sind aber auch Kippelemente bekannt, deren Kippsensor ein pendelnd aufgehängtes Sensor­ teil aufweist, das an einem mit einem Querkörper versehenen Steuerstempel befestigt ist. Bei Verkippen des Gerätes stützt sich der Querkörper des Steuerstempels einseitig ge­ gen seine Lagerung ab, wodurch das Zentrum des Querkörpers einen mit ihm zusammenwirkenden Übertragungskörper in Form eines Stifts im Sinne einer Kontaktöffnung antreibt, wo­ durch der gleiche Zweck, nämlich Abgabe eines Signals oder eine Sicherheitsunterbrechung eines Stromkreises erzielt wird.

Die in Frage stehenden Kippelemente werden in der Regel zur Lageabsicherung von elektrischen Geräten eingesetzt, bei denen bei Überschreiten einer gewissen Grenz-Schräglage ein Gefährdungszustand auftreten kann. Typische derartige Ge­ räte sind beispielsweise Heizstrahler, Radiatoren, Heizlüf­ ter, elektrische Koch- und Backgeräte und dgl. Falls sol­ che Geräte umkippen, ist nicht auszuschließen, daß die Heizelemente zu Überhitzungserscheinungen im Umgebungsbe­ reich, insbesondere im Auflagebereich des Gerätes führen, so daß eine Sicherheitsabschaltung derartiger Geräte bei Überschreiten einer gewissen Risiko-Schräglage geboten ist.

Aus der DE-GM 77 27 203 ist eine Kippsicherung für elektrische Geräte bekannt, welche ein auf eine Schräglage ansprechendes Pendel aufweist, dessen scheibenförmiges Ende zwischen einer Halteplatte und einem Schaltsockel frei beweglich gelagert ist.

Die vorstehend bezeichnete Gerätegruppe muß in der Regel auch thermisch überwacht werden, wozu als Stand der Technik eine Vielzahl von thermischen Schaltgeräten bekannt sind, die gesondert in derartige Geräte eingebaut und verdrahtet werden müssen.

Aus der DE 35 25 093 C2 ist in diesem Zusammenhang ein Temperaturregler bekannt, welcher eine kalottenförmige Bimetall-Schnappscheibe aufweist, die mittig einen Kontakt trägt, wobei letzterer die Bimetall-Schnappscheibe zentrisch durchfaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kippelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß sein Einsatzbereich bei geringer Baugröße erweitert ist und es insbesondere auch eine thermische Schutzfunktion ausüben kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein in das Kippelement integriertes thermisch sensitives Element vorgesehen ist, das bei Überschreitung einer Grenztemperatur im Bereich des Kippelementes auf das normalerweise durch den Kippsensor angetriebene Übertra­ gungselement eine Auslösebewegung im Sinne einer Schalter­ beeinflussung überträgt.

Als Kern der Erfindung wird es mithin angesehen, die in einem Kippsensor ohnehin vorhandenen Teile, nämlich ein Schaltelement mit Fest- und Bewegungskontakten sowie ein Übertragungselement, das zwischen Kippsensor und Schaltele­ ment wirksam ist, zusätzlich durch ein thermisch aktives Element im Sinne einer Kontaktöffnungs- oder Schließbewe­ gung anzutreiben.

Das erfindungsgemäße Kippelement ist deswegen in der Lage, ohne baulichen Mehraufwand eine Sicherheits-Doppelfunktion auszuüben, nämlich zum einen als Kippsicherung zu dienen und zum anderen eine thermische Überwachungs- oder Begren­ zerfunktion zu erfüllen. Sowohl der Kippsensor als auch der thermische Sensor wirken gemeinsam auf identische Teile ein, insbesondere auf denselben Schalter, so daß neben zu­ sätzlichem baulichem Aufwand auch zusätzliche Verdrahtungs­ maßnahmen vermieden werden, die im Falle der Verwendung ei­ nes gesonderten thermischen Überwachungsschalters nötig wä­ ren.

In der Regel werden Kippelemente der in Frage stehenden Art dazu eingesetzt, bei Überschreiten einer Grenz-Schräglage einen Betriebsstromkreis zu unterbrechen. Thermische Schal­ ter dienen ebenfalls dazu, bei Überschreiten einer Grenz- Temperatur einen Betriebsstromkreis zu unterbrechen. Deswe­ gen macht es Sinn, sowohl die vom Kippsensor als auch vom thermischen Sensor auf das Übertragungselement ausgeübte Auslösebewegung als Öffnungsbewegung auf den Bewegungskon­ takt zu übertragen.

Bedarfsweise ist es aber auch möglich, gesonderte Trenn- oder Schaltfunktionen herbeizuführen, je nach dem, ob bei dem Gerät der Kippsensor oder der thermische Sensor ange­ sprochen hat. Dies läßt sich unter Verwendung eines Um­ schalters gemäß Anspruch 3 verifizieren.

Zweckdienlicherweise wird als thermisch sensitives Element ein Bimetallelement verwendet, das mit einem bei Tempera­ turänderung aktiven Bereich unmittelbar auf das Übertra­ gungselement einwirkt. Mechanisch kompliziert aufgebaute Zwischenelemente können dann entfallen, insbesondere ist die unmittelbare Einwirkung einer Bimetall-Sprungscheibe auf ein Übertragungselement zur schnellen Schalteröffnung oder -schließung baulich besonders einfach und funktionell.

Ansprüche 6 und 7 lehren zwei unterschiedliche Einwirkungs­ arten einer Bimetall-Sprungscheibe auf einen Übertragungs­ stift, der zur Übertragung der thermischen Umschalt- Schnappbewegung der Scheibe auf den Bewegungskontakt des Schalters dient.

Anspruch 8 geht mit seinem erweiterten Oberbegriff von ei­ nem Kippelement aus, dessen Kippsensor ein pendelnd aufge­ hängtes Sensorteil mit beispielsweise einer Steuerglocke oder einem Steuergewicht aufweist, das an einem mit einem Querkörper versehenen Steuerstempel befestigt ist. Ohne er­ heblichen baulichen Aufwand ist es nun möglich, parallel zum Steuerstempel-Querkörper, der in der Regel als teller­ artige Scheibe ausgebildet ist, eine Bimetall-Sprungscheibe anzubringen und zu lagern. Überraschenderweise läßt sich durch Einbringung einer Bimetall-Sprungscheibe in den ge­ nannten Bereich des Kippelementes die erwünschte Doppel­ funktion erreichen.

Ansprüche 9-15 lehren unterschiedliche Lagerungsarten der Bimetall-Sprungscheibe. Es ist möglich, die Bimetall- Sprungscheibe zwischen Übertragungselement und Steuer­ stempel-Querkörper einzubringen oder den Steuerstempel- Querkörper unmittelbar auf das untere Ende des Übertra­ gungsstiftes einwirken zu lassen und die Bimetall-Sprung­ scheibe im Mittelbereich beispielsweise an einem Ringbund des Übertragungsstiftes angreifen zu lassen. Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, den Steuerstempel-Querkörper auf einer Bimetall-Sprungscheibe zu lagern, so daß im Falle einer Überhitzung der Steuerstempel insgesamt durch eine Bimetall-Sprungscheibe angehoben wird oder den Steuerstem­ pel-Querkörper als Bimetall-Sprungelement auszubilden, was im wesentlichen den gleichen Bewegungseffekt hat.

Ansprüche 16-20 lehren vorteilhafte Lagerungsmaßnahmen be­ treffend die Bimetall-Sprungscheibe sowie Maßnahmen zur Wärmeeinleitung in dem mit der Bimetall-Sprungscheibe ver­ sehenen Gehäusebereich.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Kippele­ mentes mit einem Kippsensor, der aus Steu­ erglocke und Steuerkugel besteht;

Fig. 2 ein Kippelement gemäß Fig. 1, bei dem der Kippsensor ein pendelnd aufgehängtes Steu­ ergewicht aufweist;

Fig. 3 Detailausschnitte gemäß Fig. 1 oder 2 mit modifizierten Lagerungsarten des thermisch sensitiven Elementes.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das mit 1 bezeichnete Kippelement meist ein Schaltelement 2 mit Bewegungskontakt 3 und Festkontakt 4 sowie einen Kipp­ sensor 5 auf, der eine Steuerkugel 6 in einem schalenarti­ gen Gehäuseteil 7 sowie eine Steuerglocke 8 umfaßt, die an einem langgestreckten Steuerstempel befestigt ist, der durch einen Steuerstempel-Querkörper 10 in Form eines tellerartigen Radialvorsprunges gelagert ist. An der Ober­ seite des Steuerstempel-Querkörpers 10 stützt sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das untere Ende eines stift- oder bolzenartigen Übertragungselements 11 ab, das mit seinem oberen Ende den Bewegungskontakt 3 be­ aufschlagt.

Wenn nun das Kippelement 1 über eine gewisse Winkellage hinaus verkippt wird, verläßt die Steuerkugel 6 die durch eine Bohrung 12 im Boden des Gehäuseteils 7 herbeigeführte Zwangszentrierung und rollt - je nach Kipprichtung - seit­ lich weg und schlägt dabei an die sie übergreifende Steuer­ glocke 8, die dann ebenfalls eine Kippbewegung ausführt. Dabei stützt sich der Steuerstempel-Querkörper 10 mit sei­ nem seitlichen Rand auf seiner Lagerung ab, was dazu führt, daß sein Zentrum gegenüber der Lagerung, bestehend aus ei­ nem Gehäusedeckel 13 und weiteren Elementen angehoben wird und das Übertragungselement in Pfeilrichtung 14 im Sinne einer Kontaktöffnungsbewegung antreibt.

Wird der Betriebsstrom des mit dem Kippelement abgesicher­ ten Gerätes durch die Anschlußkontakte 15, 16 geführt, führt dies zu einer Betriebsstromunterbrechung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt zwischen dem Gehäusedeckel 13 und dem Steuerstempel-Quer­ körper 10 ein thermisch sensitives Element in Form einer Bimetall-Sprungscheibe 17 ein, das in seiner kalten Ru­ hestellung nach unten gewölbt ist, so daß der Steuerstem­ pel-Querkörper 10 in einer unteren Lage ruht.

Überschreitet die Umgebungstemperatur des Kippelementes 1 einen bestimmten Sprungwert, der durch die thermischen Ei­ genschaften der Bimetall-Sprungscheibe 17 definiert ist, ändert die Sprungscheibe ihre Wölbrichtung, sie wölbt sich konvex nach oben aus und hebt dabei den Steuerstempel-Quer­ körper 10 an, so daß dieser das Übertragungselement 11 ge­ gen den Bewegungskontakt 3 führt und eine thermisch be­ dingte Kontaktöffnung herbeiführt, so daß der Betriebsstrom ebenfalls unterbrochen wird.

Nachfolgend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist be­ treffend die Steuerstempel-Querkörperlagerung eine identi­ sche Konstruktion wie in Fig. 1 vorhanden, zu Fig. 1 glei­ che Teile haben gleiche Bezugszeichen. Allerdings sind die Kippsensorelemente gegenüber Fig. 1 insofern modifiziert, als lediglich ein Steuergewicht 20 an dem Steuerstempel 9 befestigt ist.

Fig. 3a-3c zeigen nun weitere Alternativen der Lagerung des thermisch sensitiven Elementes im Kippelement. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind auch in Fig. 3a-3c für identische Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. 3a zeigt eine Konstruktion, bei der das thermisch sen­ sitive Element, nämlich die Bimetall-Sprungscheibe 17 zwi­ schen dem unteren Ende des Übertragungselementes 11 und der Oberfläche des Steuerstempel-Querkörpers 10 einliegt. Hebt sich der Steuerstempel-Querkörper infolge eines Ansprechens des Kippsensors gegenüber seiner Lagerung an, wird durch ihn auch die Bimetall-Sprungscheibe 17 angehoben, was zu einer Verschiebung des Übertragungselementes 11 führt.

Bei der in Fig. 3b dargestellten Konstruktion lastet das untere Ende des Übertragungselementes 11 unmittelbar auf dem Steuerstempel-Querkörper 10 auf. Das untere Ende des Übertragungselementes 11 durchgreift dann eine Bohrung 21 der Bimetall-Sprungscheibe 22, die bei Änderung ihrer Wölb­ richtung über einen Radialvorsprung 23 des Übertragungsele­ mentes 11 auf dieses einwirkt.

Bei dem in Fig. 3c dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Bimetall-Sprungscheibe 24 durch eine Verbindung 25 di­ rekt mit dem Steuerstempel 9 verbunden und bildet dadurch quasi den Steuerstempel-Querkörper. Das Übertragungselement 11 lastet mit seinem unteren Ende auf dem Zentrum der den Steuerstempel-Querkörper bildenden Bimetall-Sprungscheibe 24.

Die Bimetall-Sprungscheibe 17 liegt bei allen Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1-3 mit ihrem Rand 30 auf einem Stützvorsprung 31 auf, der sich innerhalb einer topfartigen Ausnehmung 32 befindet, die in den Gehäusedeckel 13 einge­ prägt ist. Dadurch wird die Bimetall-Sprungscheibe 17, 22, 24 innerhalb der topfartigen Ausnehmung zentriert und hält auch den Steuerstempel-Querkörper 10 in einer zentralen Lage. Bemerkenswert ist noch, daß der Gehäusedeckel 13 als Wärmeübertragungsplatte ausgebildet sein kann oder mit ei­ ner solchen verbunden ist. Der Gehäusedeckel 13 kann eine Mehrzahl von Schaltelementen 2 tragen, die entweder durch den Kippsensor 5 bewegungsmechanisch und/oder durch ther­ misch sensitive Elemente gesondert oder in Kombination ak­ tiviert werden können.

Bezugszeichenliste

1 Kippelement
2 Schaltelement
3 Bewegungskontakt
4 Festkontakt
5 Kippsensor
6 Steuerkugel
7 Gehäuseteil
8 Steuerglocke
9 Steuerstempel
10 Steuerstempel-Querkörper
11 Übertragungselement
12 Bohrung
13 Gehäusedeckel
14 Übertragungselement
15 Anschlußkontakt
16 Anschlußkontakt
17 Bimetall-Sprungscheibe
18 -
19 -
20 Steuergewicht
21 Bohrung
22 Bimetall-Sprungscheibe
23 Radial-Vorsprung
24 Bimetall-Sprungscheibe
25 Verbindung
26 -
27 -
28 -
29 -
30 Rand
31 Stützvorsprung
32 Ausnehmung

Claims (20)

1. Kippelement zur Abgabe eines Signals und/oder zur Si­ cherheitsunterbrechung eines Stromkreises an/in einem elektrischen Gerät bei Überschreitung einer Grenz- Schräglage, mit einem Schaltelement mit Fest- und Be­ wegungskontakten sowie einem Kippsensor, der bei Ver­ kippen des Gerätes auf ein mit dem Bewegungskontakt des Schaltelements zusammenwirkendes Übertra­ gungselement eine Auslösebewegung überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein in das Kippelement (1) integriertes thermisch sensitives Element (17) vorgesehen ist, das bei Über­ schreitung einer Grenztemperatur im Bereich des Kipp­ elementes (1) auf das Übertragungselement (11) eine Auslösebewegung überträgt.

2. Kippelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sowohl vom Kippsensor (5) als auch vom ther­ misch sensitiven Element (17) auf das Übertragungs­ element (11) ausgeübte Auslösebewegung eine Öffnungs­ bewegung des Bewegungskontaktes (3) herbeiführt.

3. Kippelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2) ein Umschalter mit einem Bewegungskontakt (3) und zwei Festkontakten (4) ist und die vom Kippsensor (5) und vom thermisch sensiti­ ven Element (17) auf das Übertragungselement (11) ausgeübten Auslösebewegungen derart gegengerichtet sind, daß beim Ansprechen des Kippsensors (5) der Be­ wegungskontakt (3) den ersten Festkontakt (4) und beim Ansprechen des thermisch sensitiven Elements (17 der Bewegungskontakt (3) den zweiten Festkontakt (4) beaufschlagt.

4. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch sensitive Element (17) ein Bimetallelement ist, das mit einem bei Temperaturän­ derung aktiven Bereich unmittelbar auf das Übertra­ gungselement (11) einwirkt.

5. Kippelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement eine Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) ist.

6. Kippelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe das als Übertragungs­ stift ausgebildete Übertragungselement (11) umgreift und mit einem Vorsprung des Übertragungsstiftes zusammenwirkt.

7. Kippelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe mit ihrem Zentrum ein Ende des als Übertragungsstift ausgebildeten Übertra­ gungselementes (11) in Richtung des Schaltelementes (2) beaufschlagt.

8. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kippsensor ein pendelnd aufgehängtes Sensor­ teil (Steuerglocke, Steuergewicht) aufweist, das an einem mit einem Querkörper versehenen Steuerstempel befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) etwa parallel zum Steuerstempel-Querkörper (10) erstreckt.

9. Kippelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) zwischen dem Steuerstempel-Querkörper (10) und dem Übertra­ gungsstift einliegt.

10. Kippelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) oberhalb des Steuerstempel-Querkörpers (10) angeordnet ist, von dem vom Steuerstempel-Querkörper (10) beauf­ schlagten Ende des Übertragungselementes (11) durch­ setzt wird und bei ihrer Sprungbewegung einen Vor­ sprung am Übertragungselement (11) in Richtung des Schaltelementes (2) beaufschlagt.

11. Kippelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) unterhalb des Steuerstempel-Querkörpers (10) angeordnet ist und dessen Lager bildet.

12. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) in den Steuerstempel-Querkörper (10) integriert ist.

13. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) den Steu­ erstempel-Querkörper (10) bildet.

14. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) mit ihrem Rand (30) auf einem Stützvorsprung (31) aufliegt.

15. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) randsei­ tig durch eine topfartige Ausnehmung (32) geführt ist.

16. Kippelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Steuerstempel-Querkörpers (10) durch die Bimetall-Sprungscheibe (17, 22, 24) zentriert wird.

17. Kippelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Steuerstempels (9) eine nach unten offene Steuerglocke (8) befestigt ist, die die Bewegung einer in einem Gehäuse (7) angeordneten Steuerkugel (6) abtastet und über den Steuerstempel (9) mit seinem Querkörper in eine Längsbewegung des Übertragungsstiftes umsetzt.

18. Kippelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das die Steuerkugel (6) aufnehmende Gehäuse mit einem Gehäusedeckel (13) versehen ist und die Bimetall- Sprungscheibe (17, 22, 24) in einer topfartigen Aus­ nehmung (32) des Gehäusedeckels (13) zentriert ist.

19. Kippelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusedeckel (13) als Wärmeübertragungs­ platte ausgebildet oder mit einer solchen verbunden ist.

20. Kippelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäusedeckel (13) eine Mehrzahl von thermisch oder bewegungsmechanisch angesteuerten Schaltelementen (2) angeordnet ist.