EP0678891B1 - Stromabhängiger Schalter - Google Patents

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Publication number
EP0678891B1
EP0678891B1 EP95105956A EP95105956A EP0678891B1 EP 0678891 B1 EP0678891 B1 EP 0678891B1 EP 95105956 A EP95105956 A EP 95105956A EP 95105956 A EP95105956 A EP 95105956A EP 0678891 B1 EP0678891 B1 EP 0678891B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
snap
disc
switch
bimetallic
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95105956A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0678891A1 (de
Inventor
Marcel Hofsaess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermik Geraetebau GmbH
Original Assignee
Thermik Geraetebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermik Geraetebau GmbH filed Critical Thermik Geraetebau GmbH
Publication of EP0678891A1 publication Critical patent/EP0678891A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0678891B1 publication Critical patent/EP0678891B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14—Electrothermal mechanisms
    • H01H71/16—Electrothermal mechanisms with bimetal element
    • H01H71/164—Heating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/52—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element
    • H01H37/54—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element wherein the bimetallic element is inherently snap acting
    • H01H37/5427—Thermally-sensitive members actuated due to deflection of bimetallic element wherein the bimetallic element is inherently snap acting encapsulated in sealed miniaturised housing

Definitions

  • the present invention relates to a bimetal switch, in particular a current-dependent switch, with a bimetal disc and a snap disk that can be switched by the bimetal disk, the one in a closed position of the switch Current flow causes and in an open position the current flow interrupts, with bimetallic and snap disks both in one Housing are arranged, as well as arranged in the circuit and resistance element formed on the snap disk, that occurs when a specified current flow is exceeded heats up in such a way that the bimetallic disc moves from a low temperature switches to a high temperature position.
  • Such a bimetal switch is from DE-OS 41 42 716 known.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • the resistance element is on unadjusted element that is not mechanical adjustment is accessible.
  • laser radiation be influenced in terms of its resistance.
  • snap disc independent resistance elements While this document is in detail with the snap disc independent resistance elements, disclosed they also one designed as a resistance element Snap disc.
  • This snap disc is designed as a four-leg spring, be formed as a round punch or as an etched part, the after appropriate material deformation has elastic capabilities and e.g. via concentric semicircular webs with connecting material bridges between the individual semicircular webs. Through several semicircular webs, the Snap disc may be possible as a resistance element.
  • switches are known in configurations in which the snap disk is live when the switch is closed Is part and therefore low electrical resistance having. It consists of a material of high specific Conductivity, such as copper beryllium in particular, is preferred silver plated. This is known from DE-OS 21 21 802 In this form, switches are used as temperature switches. To form the switch as a current-dependent switch Switch becomes a resistance heating element on the outside of the housing attached, e.g. in the form of a hybrid resistor.
  • this heating element has a significant heating capacity of up to 14 watts needed to turn the switch in sufficiently short time of at most 20, but preferably less than 14 seconds in the event of excessive current flow to open, the high current flow, for example a short circuit of one to be protected by the switch Motor can be done.
  • this object is achieved with a switch type mentioned solved in that the snap disc from material of low electrical conductivity, e.g. from steel or measurement, and that an increase in resistance the snap disc by material rejuvenation, preferably by Slots in the area of edges of the snap disk is effected.
  • the object on which the invention is based is achieved in this way completely solved.
  • This is a mechanical, one-piece solution, so to speak lets the setting of the Resistance of the snap disc without the mechanical Properties are noticeably changed.
  • the material rejuvenation which are preferably provided as slots e.g. by creating simple punching jobs that are quick and can be carried out inexpensively.
  • the snap disc is preferably exclusively from low electrical material Conductivity, e.g. made of steel, in particular made of CrNiAl steel or brass. Another advantage this training consists in the fact that an airway between upper and underside of the discs is formed, so that in the switching case Allow air to pass through the openings or slots provided can. On the other hand, through these openings or Slit the snap properties of the snap disk only insignificant or not influenced at all.
  • the present task with a bimetal switch of the type mentioned in the introduction solved that the snap disc comprises a snap part on the as a resistance element a resistance layer with a defined Resistance is applied.
  • the resistance layer can be made of a highly conductive material exist, but be designed so that the desired defined, Relatively high resistance to the current path is given.
  • the resistance layer is preferably not on the entire surface the snap part, but have a structure, for example in the form of conductor ribs, meander guides or the like.
  • the snap properties and the resistance properties are structurally separated and associated with various elements that are linked together are. This allows both properties to be viewed with high accuracy can be set reproducibly, especially for the Resistance of the resistance layer applies.
  • the resistance element has a contact resistance> 50 mOhm, whereby in further training of contact resistance at more than 100, in particular should be in the range of 200 mOhm.
  • the snap part has a very high has specific resistance.
  • the snap part by intermediate layer an insulation layer is provided with the resistance layer, wherein the insulating layer the snap part against current flow isolated.
  • the resistance layer due to anodic arc evaporation on the snap part is applied.
  • the recently known anodic arc evaporation allows even flexible materials coat. This process involves an arc discharge between a cathode and one of the coating material existing anode generated, the coating material in Arc evaporates and then on the one to be coated Deposits surface.
  • the anodic Vacuum arc generate a gas and droplet-free plasma, so that a highly pure, even layer is deposited.
  • all possible Materials not just metals from aluminum to tin, but also alloys and high-melting elements such as tungsten or Deposit carbon. Beyond that, reactive evaporation also produce ceramic layers, what for Aluminum, silicon or titanium consciously in an oxygen or Nitrogen atmosphere can be evaporated.
  • the mechanical snap properties produced in a conventional manner has corresponding resistance elements be deposited or deposited, their total resistance determined by the geometric shape and the thickness of the layer is.
  • a particular advantage here is that the anodic Arc evaporation creates resistance layer so firmly the surface of the snap disc binds that even when very many operations of the snap disc the fixed connection between the resistance layer and the snap disc as well as the The resistance value of the resistance layer itself is retained. In other words, even after many switching operations of the new one The bimetallic switch does not jump off the resistance layer Snap disc off.
  • the resistance layer does not get either Cracks or similar mechanical damage as in other coating methods are known when the carrier material or substrate is flexible and its shape is frequent changes.
  • the bimetallic and Snap disc are clamped on one side and on their opposite end of the snap disc a contact button a preferred embodiment provides that the switch is axially symmetrical and bimetallic disc as well Snap disk are circular.
  • the snap disc with its outer peripheral edge in a low temperature position in a floor area of a conductive housing and presses with its inner peripheral edge against the collar of a movable contact button and over this the contact button against a stationary counter contact that is on an insulated from the lower housing part, conductive lid is also formed.
  • the bimetal disc also surrounds the movable contact button in a ring shape, on the side opposite the snap disc the covenant of the contact button.
  • the switch as a self-locking switch with one made of bimetal and Snap disc formed rear derailleur connected in parallel Resistance of lower electrical conductivity is formed is. This included the application of the invention to the Snap disc provided resistance element at a such self-locking switch.
  • the bimetal switch 1 has in the illustrated Embodiment a cup-shaped housing 2 from electrically conductive material.
  • a snap disk 3 is located with its outer peripheral edge on the inside of the peripheral edge of the housing and presses a middle opening with it surrounding edge against the collar of a contact button 4.
  • On the snap disc 3 facing away from the federal government 4a Contact button 4 is a bimetallic disc 6, which in the Fig. 1 shown in its de-energized low temperature position is.
  • the housing 2 is also electrically conductive Cover 7 closed by the housing pot 2 through an insulating film 8, such as preferably made of Kapton, electrically is isolated. There is an insulating washer on the cover 7 9, as from Nomex.
  • Located on the inside of the lid 7 there is a stationary contact in the middle 11.
  • the snap disc 3 presses switch 1 in the closed position shown Contact 4 against the stationary counter contact via the collar 4a 11. This creates an electrically conductive connection between the housing 2 and the cover 7 via the snap disk 3, contact 4 and mating contact 11 made.
  • the switch 1 as such in the illustrated embodiment acts as a power switch
  • the snap disc 3 made of a material with a relatively high specific resistance or low specific electrical conductivity. While for example with conventional temperature switches that are on attract external temperatures, the snap disc made of silver-plated Copper beryllium can be used for the illustrated Power switch according to the invention, the snap disk 3 made of steel or brass, possibly silvered, consist of the opposite Copper has a much higher specific resistance, namely a specific one, in particular four to eight times as high Can have resistance.
  • the bimetallic disc 6 In normal operation, where a designated, not too high current flows, the bimetallic disc 6 is in it low temperature position shown. Press in this position the spring snap disk 3 the contact button 4 against the counter contact 11, so that, as I said, the current flow from the lower housing part to the lid is ensured. If against that Overcurrent part to be protected, such as a motor or more precisely whose coil winding, an error occurs, for example a short-circuit connection, the increases Current flow through the switch 1 and in particular through the Snap disk 3; this heats up due to its relative high resistance, which causes a temperature in the housing which is above the switching temperature of the bimetal disc 6 lies.
  • the snap disc 3 is multilayered.
  • a snap part 13 made of a material with very high specific resistance on which one exactly Defined resistance coating 14 is applied, which for Contacting in the outer edge area, if necessary, around the outer Edge of the snap part 13 can be led around, as in 16 is shown.
  • the coating 14 must be the snap part 13 do not cover completely, but can, for example, with an inner peripheral edge radiating outwards be formed, the edge region 16 in turn around the entire scope. This can cause resistance between the outer edge 16 and the inner, on the collar 4a of Contact 4 (Fig. 1) adjacent edge of the snap disk 3 extremely can be set precisely.
  • a snap part 17 itself a material with good conductivity or low specific Train resistance.
  • the snap part 17 itself has no continuous electrical Connection between the housing 2 and the contact 4 (Fig. 1) manufactures.
  • the resistance layers 14, 21 are, for example, by anodic Arc evaporation on the snap part 13 or the insulating Coating 18 deposited.
  • This new coating process leads to a very good mechanical connection between the resistance layer 14, 21 and the snap part 13 or the insulating coating 18, even with a large Number of switching operations of the snap disk 3 neither mechanically still suffers electrically.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bimetallschalter, insbesondere einen stromabhängigen Schalter, mit einer Bimetallscheibe und einer von der Bimetallscheibe schaltbaren Schnappscheibe, die in einer Schließstellung des Schalters einen Stromfluß bewirkt und in einer Öffnungsstellung den Stromfluß unterbricht, wobei Bimetall- und Schnappscheibe beide in einem Gehäuse angeordnet sind, sowie mit einem im Stromkreis angeordneten und an der Schnappscheibe ausgebildeten Widerstandselement, das sich bei Überschreiten eines vorgebenen Stromflusses derart aufheizt, daß die Bimetallscheibe von einer Niedertemperatur- in eine Hochtemperaturstellung umschaltet.
Ein derartiger Bimetallschalter ist aus der DE-OS 41 42 716 bekannt.
Bei dem bekannten Schalter ist das Widerstandselement ein unjustiertes Element, das einer mechanischen Justage nicht zugänglich ist. Es kann jedoch z.B. durch Laserbestrahlung hinsichtlich seines Widerstandes beeinflußt werden.
Während sich diese Druckschrift ausführlich mit von der Schnappscheibe unabhängigen Widerstandselementen beschäftigt, offenbart sie auch eine selbst als Widerstandselement ausgebildete Schnappscheibe. Diese Schnappscheibe soll als Vier-Bein-Feder, als Rundstanz- oder als Ätzteil ausgebildet werden, das nach entsprechender Materialverformung elastische Fähigkeiten besitzt und z.B. über konzentrische Halbkreisstege mit Verbindungs-Materialbrücken zwischen den einzelnen Halbkreisstegen verfügt. Durch mehrere Halbkreisstege soll eine exakte Abstimmung der Schnappscheibe als Widerstandselement möglich sein.
Die genaue geometrische Form der hypothetisch erwähnten Schnappscheibe, das verwendete Material sowie die Art und Weise der Abstimmung des Widerstandswertes sind in dieser Druckschrift nicht beschrieben.
Versuche bei der Anmelderin der vorliegenden Erfindung haben ergeben, daß bei gattungsgemäßen Bimetallschaltern besonderes Augenmerk darauf zu richten ist, daß einerseits die "Schnappeigenschaften" der Schnappscheibe richtig gewählt werden, um das gewünschte mechanische Schaltverhalten zu erzielen, und daß andererseits die "Widerstandseigenschaften" der mit dem Widerstandselement versehenen Schnappscheibe so bemessen sein müssen, daß der Bimetallschalter bei einem exakt einstellbaren Strom infolge der Eigenerwärmung des Widerstandselement öffnet.
Die in der gattungsbildenden Druckschrift genannten Maßnahmen der Laser-Bestrahlung sowie der Halbkreisstege zur Einstellung eines definierten Widerstandes sind nicht nur zeitaufwendig und kostspielig, soweit sie denn überhaupt verstanden werden können, beeinträchtigen sie jedoch auf jeden Fall die Schnappeigenschaften, da sie komplizierte mechanische Veränderungen an der Schnappscheibe selbst mit sich bringen.
Weitere Schalter sind in Ausgestaltungen bekannt, bei denen die Schnappscheibe im Schließzustand des Schalters stromführendes Teil ist und daher einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Sie besteht aus einem Material hoher spezifischer Leitfähigkeit, wie insbesondere Kupferberyllium und ist vorzugsweise versilbert. Dieser aus der DE-OS 21 21 802 bekannte Schalter wird in dieser Form als Temperaturschalter eingesetzt. Zur Ausbildung des Schalters als stromabhängig schaltender Schalter wird an der Außenseite des Gehäuses ein Widerstands-Heizelement angebracht, z.B. in Form eines Hybridwiderstandes. Nachteilig ist, daß dieses Heizelement eine erhebliche Heizleistung von bis zu 14 Watt benötigt, um den Schalter in hinreichend kurzer Zeit von höchstens 20, vorzugsweise aber weniger als 14 Sekunden im Falle eines zu hohen Stromflusses zum Öffnen zu bringen, wobei der hohe Stromfluß bspw. aufgrund eines Kurzschlusses eines durch den Schalter zu schützenden Motors erfolgen kann.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs erwähnten Schalter dahingehend weiterzuentwickeln, daß auf konstruktiv einfache Weise sowohl die Schnappeigenschaften als auch die Widerstandseigenschaften eingestellt werden können, wobei diese Einstellung mit hoher Genauigkeit und reproduzierbar erfolgen soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schnappscheibe aus Material geringer elektrischer Leitfähigkeit, z.B. aus Stahl oder Messung besteht, und daß eine Erhöhung des Widerstandes der Schnappscheibe durch Materialverjüngung, vorzugsweise durch Schlitze im Bereich von Rändern der Schnappscheibe bewirkt ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Diese sozusagen mechanische, einteilige Lösung läßt auf überraschend einfache Weise die Einstellung des Widerstandes der Schnappscheibe zu, ohne daß deren mechanische Eigenschaften merklich verändert werden. Die Materialverjüngungen, die vorzugsweise als Schlitze vorgesehen sind, lassen sich z.B. durch einfache Stanzarbeiten erzeugen, die schnell und kostengünstig durchzuführen sind. Die Schnappscheibe ist dabei vorzugsweise ausschließlich aus Material geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt, wie z.B. aus Stahl, insbesondere aus CrNiAl-Stahl, oder aus Messing. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß ein Luftweg zwischen Ober- und Unterseite der Scheiben gebildet ist, so daß im Schaltfall Luft durch die vorgesehenen Öffnungen oder Schlitze hindurchtreten kann. Andererseits werden durch diese Öffnungen oder Schlitze die Schnappeigenschaften der Schnappscheibe nur unwesentlich oder gar nicht beeinflußt.
Andererseits wird die vorliegende Aufgabe bei einem Bimetallschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schnappscheibe ein Schnappteil umfaßt, auf das als Widerstandselement eine Widerstandsschicht mit definiertem Widerstand aufgebracht ist.
Auch auf diese Weise wird die vorliegende Aufgabe vollkommen gelöst. Die Widerstandsschicht kann aus gut leitfähigem Material bestehen, aber so ausgebildet sein, daß der gewünschte definierte, relativ hohe Widerstand für den Stromweg gegeben ist. Dabei wird die Widerstandsschicht vorzugsweise nicht vollflächig auf dem Schnappteil ausgebildet sein, sondern eine Struktur haben, bspw. in Form von Leiterrippen, Meanderführungen oder dergleichen. Auf jeden Fall werden die Schnappeigenschaften und die Widerstandseigenschaften konstruktiv voneinander getrennt und verschiedenen Elementen zugeordnet, die miteinander verbunden sind. Dadurch können beide Eigenschaften mit hoher Genauigkeit reproduzierbar eingestellt werden, was insbesondere für den Widerstand der Widerstandsschicht gilt.
Diese reproduzierbare Einstellung der Widerstandseigenschaften erlaubt auf konstruktiv einfache und preiswerte Weise eine genaue Einstellung sowohl des temperaturabhängigen als auch des stromabhängigen Schaltpunktes.
Durch die Anordnung des Widerstandselementes an der Schnappscheibe wird in beiden oben erwähnten Fällen erreicht, daß die im Fall eines zu hohen Stromes erzeugte Wärme nicht erst durch das Gehäusematerial von außen ins Innere des Schalters zur Bimetallscheibe dringen muß, um diese zum Schalten zu bringen. Der Schalter schaltet folglich bei wesentlich geringerer Heizleistung und kann darüber hinaus schneller und zuverlässiger schalten, da die im Falle eines Überstromes erzeugte Wärmequelle (Widerstandselement) näher bei dem wärmeempfindlichen Bimetallelement angeordnet ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Widerstandselement einen Übergangswiderstand > 50 mOhm hat, wobei in weiterer Ausbildung der Übergangswiderstand bei mehr als 100, insbesondere im Bereich von 200 mOhm liegen sollte.
Dabei ist es bevorzugt, daß das Schnappteil einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Hier ist von Vorteil, daß die Widerstandsschicht unmittelbar auf das Schnappteil aufgebracht werden kann, da die elektrische Parallelschaltung von Schnappteil und Widerstandsschicht nur zu einer unwesentlichen Veränderung des Widerstandes der Widerstandsschicht führt. Diese Maßnahme ist also insbesondere im Hinblick auf die konstruktive Einfachheit von Vorteil.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Schnappteil durch Zwischenlage einer Isolierschicht mit der Widerstandsschicht versehen ist, wobei die Isolierschicht das Schnappteil gegen Stromfluß isoliert.
Hier ist von Vorteil, daß auch Schnappteile mit anderen spezifischen Widerständen als den oben erwähnten hohen Widerständen verwendet werden können. Bei der Wahl der Materialien des Schnappteiles kann somit völlig auf die mechanischen Schnappeigenschaften abgestellt werden, ohne daß der begleitende Widerstand des Schnappteiles den Widerstand der Widerstandsschicht nachteilig beeinflußt.
Dabei ist es allgemein bevorzugt, wenn die Widerstandsschicht durch anodische Lichtbogen-Verdampfung auf das Schnappteil aufgebracht ist.
Die in letzter Zeit bekannt gewordene anodische Lichtbogen-Verdampfung ermöglicht es, sogar flexible Materialien zu beschichten. Bei diesem Verfahren wird eine Lichtbogenentladung zwischen einer Kathode und einer aus dem Beschichtungsmaterial bestehenden Anode erzeugt, wobei das Beschichtungsmaterial im Lichtbogen verdampft und sich dann auf der zu beschichtenden Fläche abscheidet. Im Gegensatz zu dem bekannten kathodischen Lichtbogen-Abscheideverfahren läßt sich mit dem anodischen Vakuum-Lichtbogen ein gas- und tröpfchenfreies Plasma erzeugen, so daß sich eine hochreine, gleichmäßige Schicht niederschlägt. Mit dem anodischen Lichtbogen lassen sich alle möglichen Materialien, nicht nur Metalle von Aluminium bis Zinn, sondern auch Legierungen und hochschmelzende Elemente wie Wolfram oder Kohlenstoff abscheiden. Darüber hinaus lassen sich durch reaktives Verdampfen auch keramische Schichten erzeugen, wozu Aluminium, Silicium oder Titan bewußt in einer Sauerstoff- oder Stickstoffatmosphäre verdampft werden.
Mit diesem Verfahren können auf einer üblichen Schnappscheibe, die die auf herkömmliche Weise erzeugten mechanischen Schnappeigenschaften aufweist, entsprechende Widerstandselemente abgeschieden oder abgelagert werden, deren Gesamtwiderstand durch die geometrische Form sowie die Dicke der Schicht bestimmt ist.
Insbesondere von Vorteil ist hier, daß die durch anodische Lichtbogen-Verdampfung erzeugte Widerstandsschicht so fest an die Oberfläche der Schnappscheibe bindet, daß auch bei sehr vielen Schaltspielen der Schnappscheibe die feste Verbindung zwischen Widerstandsschicht und Schnappscheibe sowie der Widerstandswert der Widerstandsschicht selbst erhalten bleiben. Mit anderen Worten, auch nach vielen Schaltvorgängen des neuen Bimetallschalters springt die Widerstandsschicht nicht von der Schnappscheibe ab. Die Widerstandsschicht bekommt auch keine Risse oder ähnliche mechanische Beschädigungen, wie sie bei anderen Beschichtungsverfahren bekannt sind, wenn das Trägermaterial oder Substrat flexibel ist und seine Gestalt häufig ändert.
Während der Schalter grundsätzlich in jeder Ausgestaltung ausgebildet sein kann, bspw. in einer solchen, bei der Bimetall- und Schnappscheibe einseitig eingespannt sind und an ihrem gegenüberliegenden Ende die Schnappscheibe einen Kontaktknopf trägt, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß der Schalter achssymmetrisch ausgebildet ist und Bimetallscheibe sowie Schnappscheibe kreisringförmig ausgebildet sind. Hierbei liegt in der Regel die Schnappscheibe mit ihrem äußeren Umfangsrand in einer Niedertemperaturstellung in einem Bodenbereich eines leitfähigen Gehäuses auf und drückt mit ihrem inneren Umfangsrand gegen den Bund eines beweglichen Kontaktknopfes und über diesen den Kontaktknopf gegen einen stationären Gegenkontakt, der an einem isoliert gegenüber dem Gehäuseunterteil angeordneten, ebenfalls leitfähigen Deckel ausgebildet ist. Die Bimetallscheibe umgibt ebenfalls kreisringförmig den beweglichen Kontaktknopf, und zwar auf der der Schnappscheibe gegenüberliegenden Seite des Bundes des Kontaktknopfes.
Eine äußerst bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß der Schalter als selbsthaltender Schalter mit einem zu dem aus Bimetall- und Schnappscheibe gebildeten Schaltwerk parallel geschalteten Widerstand geringerer elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist. Dies beinhaltete die Anwendung des erfindungsgemäß an der Schnappscheibe vorgesehenen Widerstandselementes bei einem derartigen selbsthaltenden Schalter.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bimetallschalters unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
Fig. 1
eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters im Schnitt;
Fig. 2
eine Draufsicht auf eine spezielle Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schnappscheibe;
Figuren 3 und 4
Schnitte durch andere Ausführungsformen einer erfindungsgemäß verwendeten Schnappscheibe.
Der erfindungsgemäße Bimetallschalter 1 weist in der dargestellten Ausführungsform ein topfförmiges Gehäuse 2 aus elektrisch leitendem Material auf. Eine Schnappscheibe 3 liegt mit ihrem äußeren Umfangsrand auf der Innenseite des Gehäuseumfangsrandes auf und drückt mit ihrem eine mittlere Öffnung umgebenden Rand gegen den Bund eines Kontaktknopfes 4. Auf der der Schnappscheibe 3 abgewandten Seite des Bundes 4a des Kontaktknopfes 4 liegt eine Bimetallscheibe 6 auf, die in der Fig. 1 in ihrer spannungslosen Tieftemperaturstellung gezeigt ist. Das Gehäuse 2 ist durch einen ebenfalls elektrisch leitenden Deckel 7 verschlossen, der gegenüber dem Gehäusetopf 2 durch eine Isolierfolie 8, wie vorzugsweise aus Kapton, elektrisch isoliert ist. Auf dem Deckel 7 befindet sich eine Isolierscheibe 9, wie aus Nomex. Auf der Innenseite des Deckels 7 befindet sich mittig ein stationärer Kontakt 11. Die Schnappscheibe 3 drückt in der dargestellten Schließstellung des Schalters 1 über den Bund 4a den Kontakt 4 gegen den stationären Gegenkontakt 11. Hierdurch wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Deckel 7 über Schnappscheibe 3, Kontakt 4 und Gegenkontakt 11 hergestellt.
Damit der Schalter 1 als solcher in der dargestellten Ausführungsform als Stromschalter wirkt, besteht die Schnappscheibe 3 aus einem Material mit relativ hohem spezifischem Widerstand bzw. geringer spezifischer elektrischer Leitfähigkeit. Während beispielsweise bei herkömmlichen Temperaturschaltern, die auf externe Temperaturen ansprechen, die Schnappscheibe aus versilbertem Kupferberyllium besteht, kann für den dargestellten erfindungsgemäßen Stromschalter die Schnappscheibe 3 aus Stahl oder Messing, gegebenenfalls versilbert, bestehen, die gegenüber Kupfer einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand, nämlich einen insbesondere vier- bis achtmal so hohen spezifischen Widerstand haben können. Falls der spezifische Widerstand bei gleichen Flächenmaßen der Schnappscheibe 3 noch höher sein soll, so können andere geeignete Legierungen mit hohem Widerstand eingesetzt werden; darüber hinaus kann bei gleichen mechanischen Schnapp- und Andruckeigenschaften eine Schnappscheibe aus Federstahl dünner gewählt werden als die bekannte Schnappscheibe aus Kupferberyllium.
Im normalen Betriebsfall, in dem ein vorgesehener, nicht allzu hoher Strom fließt, befindet sich die Bimetallscheibe 6 in ihrer dargestellten Niedertemperaturstellung. In dieser Stellung drückt die Federschnappscheibe 3 den Kontaktknopf 4 gegen den Gegenkontakt 11, so daß, wie gesagt, der Stromfluß vom Gehäuseunterteil zum Deckel sichergestellt ist. Wenn bei dem gegen Überstrom zu schützenden Teil, wie beispielsweise einem Motor oder genauer dessen Spulenwicklung, ein Fehler auftritt, beispielsweise eine Kurzschlußverbindung, so erhöht sich der Stromfluß durch den Schalter 1 und insbesondere durch die Schnappscheibe 3; diese erwärmt sich aufgrund ihres relativ hohen Widerstandes, wodurch im Gehäuse eine Temperatur bewirkt wird, die oberhalb der Schalttemperatur der Bimetallscheibe 6 liegt. Diese springt dann in ihre nicht dargestellte Hochtemperaturstellung, bei der sie mit ihrem äußeren Umfangsrand sich an der Unterseite des Deckels 7 (bzw. der dort befindlichen Isolierfolie 8) abstützt und mit ihrem inneren Umfangsrand den Bund 4a des Kontaktknopfes 4 und damit diesen nach unten drückt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen Kontaktknopf 4 und Gegenkontakt 11 geöffnet und damit der Stromfluß unterbrochen wird. Nach Abkühlung springt die Bimetallscheibe 6 wieder in ihre dargestellte Stellung um, so daß der Schalter dann wieder schließt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schnappscheibe mit relativ hohem Übergangswiderstand kann auch bei einem selbsthaltenden Schalter realisiert sein, wie er beispielsweise aus der DE-OS 37 10 672 bekannt ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung des Durchgangs- oder Übergangswiderstandes der Schnappscheibe 3 sind weitere Ausbildungen möglich. So zeigt die Fig. 2 eine Schnappscheibe 3 mit am Innenumfang vorgesehenen radialen Schlitzen 12. Hierdurch wird der Widerstand zwischen dem Außenumfang der Scheibe 3 und den verbleibenden Innenrandbereichen und damit der Gesamtwiderstand der Scheibe 3 ebenfalls erhöht.
Durch die Schlitze 12 werden Ventilationsöffnungen zwischen dem Bereich oberhalb und unterhalb der Schnappscheibe 3 geschaffen, so daß hier in vorteilhafter Weise ein Temperaturausgleich stattfinden kann; darüber hinaus kann beim Umschalten der Schnappscheibe 3 aus der in Fig. 1 dargestellten (Niedertemperatur-)Stellung unterhalb der Schnappscheibe befindliche Luft zur Oberseite durchtreten, so daß einseitig nicht ein Luftpolster als gegenwirkende (Luft-)Feder wirken kann.
In weiterer Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die Schnappscheibe 3 mehrschichtig ausgebildet ist. Sie weist nach der Ausführungsform der Fig. 3 ein Schnappteil 13 aus einem Material mit sehr hohem spezifischen Widerstand auf, auf dem eine genau definierte Widerstandsbeschichtung 14 aufgebracht ist, die zur Kontaktierung im äußeren Randbereich gegebenenfalls um die äußere Kante des Schnappteils 13 herumgeführt sein kann, wie dies bei 16 dargestellt ist. Die Beschichtung 14 muß das Schnappteil 13 nicht vollständig bedecken, sondern kann beispielsweise mit einem inneren umlaufenden Rand nach außen hin strahlenförmig ausgebildet sein, wobei der Randbereich 16 wiederum um den gesamten Umfang geführt ist. Hierdurch kann der Widerstand zwischen dem äußeren Rand 16 und dem inneren, am Bund 4a des Kontakts 4 (Fig. 1) anliegenden Rand der Schnappscheibe 3 äußerst genau eingestellt werden.
Es ist auch möglich, ein Schnappteil 17 (Fig. 4) an sich aus einem Material mit guter Leitfähigkeit bzw. geringem spezifischen Widerstand auszubilden. In diesem Falle ist dafür zu sorgen, daß das Schnappteil 17 selbst keine durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kontakt 4 (Fig. 1) herstellt. Hierzu kann zunächst auf dem Schnappteil 17 der Schnappscheibe 3 eine isolierende Beschichtung 18 aufgebracht sein, die die Innenseite des Schnappteils 17 bei 19 isolierend abdeckt, so daß hier keine elektrische Verbindung zwischen dem Schnappteil 17 und dem Kontakt 4 möglich ist; auf der Isolierschicht 18 befindet sich dann wieder eine Widerstandsschicht 21, die am äußeren Rand (bei 22) in der unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschriebenen Weise um das Schnappteil 17 herumgeführt sein kann, um in diesem Bereich eine gute Kontaktierung mit dem Boden des Gehäuses 2 zu bewirken.
Die Widerstandsschichten 14, 21 werden bspw. durch anodische Lichtbogen-Verdampfung auf dem Schnappteil 13 oder der isolierenden Beschichtung 18 abgeschieden. Dieses neue Beschichtungsverfahren führt zu einer sehr guten mechanischen Verbindung zwischen der Widerstandsschicht 14, 21 und dem Schnappteil 13 bzw. der isolierenden Beschichtung 18, die auch bei einer großen Anzahl von Schaltspielen der Schnappscheibe 3 weder mechanisch noch elektrisch leidet. Im einfachsten Falle kann so eine bestehende Schnappscheibe 3 eines bekannten Bimetallschalters, der bisher keine Stromabhängigkeit aufwies, durch die anodische Lichtbogen-Verdampfung mit einer Widerstandsschicht versehen werden, so daß der Bimetallschalter jetzt auch stromabhängig schaltet. Konstruktiv sind an der Schnappscheibe 3 keine Änderungen vorzunehmen, so daß die mechanischen Schnappeigenschaften erhalten bleiben. Bei der Fertigung eines derartigen, bisher nicht stromabhängig schaltenden Bimetallschalters ist also lediglich ein weiterer Fertigungsschritt einzuschalten, bei dem die bekannte Schnappscheibe mit einer Widerstandsschicht versehen wird. Erstaunlicherweise wurde gefunden, daß dieses verglichen mit dem aus der DE-OS-41 42 716 bekannten Verfahren konstruktiv sehr einfache Verfahren ohne mechanische Änderungen an dem Aufbau des Bimetallschalters möglich ist.
Insgesamt wird durch die genannten Maßnahmen ein äußerst zuverlässiger stromabhängiger Schalter geschaffen, der bei kleinen Heizleistungen ein schnelles und reproduzierbares Schaltverhalten zeigt.

Claims (8)

  1. Bimetallschalter, insbesondere stromabhängiger Schalter (1), mit einer Bimetallscheibe (6) und einer von der Bimetallscheibe (6) schaltbaren Schnappscheibe (3), die in einer Schließstellung des Schalters (1) einen Stromfluß bewirkt und in einer Öffnungsstellung den Stromfluß unterbricht, wobei Bimetall- und Schnappscheibe (6, 3) beide in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, sowie mit einem im Stromkreis angeordneten und an der Schnappscheibe ausgebildeten Widerstandselement (3; 14, 21), das sich bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromflusses derart aufheizt, daß die Bimetallscheibe (6) von einer Niedertemperatur- in eine Hochtemperaturstellung umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (3) aus Material geringer elektrischer Leitfähigkeit, z.B. aus Stahl oder Messing besteht, und daß eine Erhöhung des Widerstandes der Schnappscheibe (3) durch Materialverjüngung, vorzugsweise durch Schlitze (12) im Bereich von Rändern der Schnappscheibe (3) bewirkt ist.
  2. Bimetallschalter, insbesondere stromabhängiger Schalter (1), mit einer Bimetallscheibe (6) und einer von der Bimetallscheibe (6) schaltbaren Schnappscheibe (3), die in einer Schließstellung des Schalters (1) einen Stromfluß bewirkt und in einer Öffnungsstellung den Stromfluß unterbricht, wobei Bimetall- und Schnappscheibe (6, 3) beide in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, sowie mit einem im Stromkreis angeordneten und an der Schnappscheibe ausgebildeten Widerstandselement (3; 14, 21), das sich bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromflusses derart aufheizt, daß die Bimetallscheibe (6) von einer Niedertemperatur- in eine Hochtemperaturstellung umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (3) ein Schnappteil (13, 17) umfaßt, auf das als Widerstandselement eine Widerstandsschicht (14, 21) mit definiertem Widerstand aufgebracht ist.
  3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement einen Übergangswiderstand > 50 mOhm hat.
  4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappteil (13) einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist.
  5. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappteil (17) durch Zwischenlage einer Isolierschicht (18) mit der Widerstandsschicht (21) versehen ist, wobei die Isolierschicht (18) das Schnappteil (17) gegen Stromfluß isoliert.
  6. Schalter nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (14, 21) durch anodische Lichtbogen-Verdampfung auf das Schnappteil (13, 17) aufgebracht ist.
  7. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er achssymmetrisch ausgebildet ist und Bimetallscheibe (6) sowie Schnappscheibe (3) kreisringförmig ausgebildet sind.
  8. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als selbsthaltender Schalter (1) mit einem zu dem aus Bimetall- und Schnappscheibe (6, 3) gebildeten Schaltwerk parallel geschalteten Widerstand geringerer elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist.
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