EP0994497A2 - Switch with insulating support - Google Patents
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- EP0994497A2 EP0994497A2 EP99112917A EP99112917A EP0994497A2 EP 0994497 A2 EP0994497 A2 EP 0994497A2 EP 99112917 A EP99112917 A EP 99112917A EP 99112917 A EP99112917 A EP 99112917A EP 0994497 A2 EP0994497 A2 EP 0994497A2
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Definitions
- the present invention relates to a switch with a Isolierstoffong, on which a first and a second external connection are arranged, as well as a temperature-dependent Rear derailleur that depending on its temperature between an electrically conductive the first and the second external connection Connection for one to be passed through the switch produces electrical current, and a switching device that its geometric shape depending on the temperature between a closing and changed an open position and in its closed position the current leads, and includes an actuator that with the Switching element is electrically and mechanically connected in series.
- the known switch comprises a U-shaped bimetal element as a switching element with two legs of different lengths. On a movable contact part is attached to the long leg, that interacts with a switch-fixed counter contact that again with one of the two external connections in electrical conductive connection.
- the shorter leg of the U-shaped bimetallic element is attached to the free end of an actuator designed as a lever arm, which is firmly connected at its other end to the housing and is in electrically conductive connection with the other of the two external connections.
- the actuator is a further bimetallic element shaped U-so on the bimetallic element is tuned such that the two bimetallic - elements in opposite directions deform with temperature changes, and thus maintain the contact pressure between the movable contact part and the housing-fixed mating contact.
- This switch is intended as a breaker for high currents, which leads to a strong warming of the bimetallic elements lead, which ultimately the movable contact part is lifted off the fixed counter contact. Influences of Ambient temperature are the opposite Deformation of the bimetallic elements is compensated.
- the two bimetal elements are very different geometrically are designed, they also have different long-term stabilities on, so that from time to time a readjustment would be required. However, this is not in use more possible, so that overall long-term stability and thus the functional reliability leaves something to be desired.
- Another disadvantage of this construction is that large height due to the U-shaped bimetal element.
- this switch has the disadvantage that it closes again automatically after cooling, i.e. none Has current dependency, the reclosing and thus Switch on the electrical device protected by the switch prevented.
- Another current-dependent one known from EP 0 103 792 B1 Switch has a bimetal spring tongue as a switching element on, which is attached to the one external connection and to her free end carries a movable contact part that with a Counter-contact cooperates, which at the free end of an elongated Spring element is arranged, the other end on the other external connector is attached so that the current through the Series connection from spring element and bimetal spring tongue flows.
- the elastic mounting of the counter contact ensures a low mechanical stress on the bimetal spring tongue, because of the Mating contact yields to a limited extent when the bimetal spring tongue changed their geometric shape due to a change in temperature. This causes irreversible deformations of the bimetal spring tongue avoided, leading to a shift in the switching temperature could lead.
- a disadvantage of this switch is that the bimetal spring tongue like all bimetal elements in the transition from In the open position, a so-called creep phase passes through, in the course of a temperature increase or lowers the bimetallic element creepingly deformed without however from its e.g. convex low temperature position already to snap into its concave high temperature position.
- This Creeping phase occurs every time the temperature changes of the bimetal element either from above or from below Jump temperature approaches and leads to noticeable changes in conformation. Especially as a result of aging or long-term use can the creep behavior of a bimetallic element furthermore also change.
- sneaking can cause that the pressure of the contact against the counter contact decreases, which creates undefined switching states.
- the closing movement can make contact during the creeping phase gradually approach the counter contact, reducing the risk of Arc can be caused.
- this task is accomplished solved that the first external connection with a flat cover electrode is connected to the actuator with its first End is set, and on the inside a flat Series resistor is arranged, the electrical between the first external connection and the first end of the actuator switched is.
- the inventor of the present application has recognized that that it is possible with a generic switch, a provide flat lid electrode, on the inside flat series resistor is arranged between the first External connection and the first end of the actuator.
- the height is hardly noticeably influenced by the series resistance, because e.g. be formed as a sheet resistor can hardly increase the thickness of the lid electrode contributes.
- the actuator is a Includes spring element, the actuating force largely independent of temperature is, and the actuator is a temperature-dependent Has actuating force that is greater than in its creeping phase the force of the spring element.
- the inventor of the present application has recognized that the e.g. known from DE 21 21 802 C mechanical and electrical parallel arrangement of temperature-neutral spring element and switching element in an electrical and mechanical series connection modified and used in the new switch can be a number of other advantages in the unite new switch.
- the temperature-neutral spring element exercises on the bimetal element no longer hinder its deformation, it rather resembles the deformation of the bimetal element in the creeping phase through its own deformation in such a way that movable Contact part and fixed counter contact with each other in such a way stay safely in the system for a low contact resistance is taken care of.
- the contact pressure remains below the Switching temperature largely independent of the temperature.
- the creeping phase of the bimetallic element is therefore no longer as suppressed in the prior art, but balanced so to speak, the bimetal element can namely in the Deform creep phase almost unhindered, making the changes the geometry is balanced by the spring element that the switch remains securely closed.
- the temperature-dependent positioning force of the bimetal element chosen so that they are larger in the creeping phase is the largely temperature-neutral actuating force of the Spring element, which is thus the "rigid" bimetal element only "leads".
- a big advantage of the new switch is its simple Construction, in addition to a housing-fixed counter contact is only a bimetal element is required, the spring element is temperature neutral and therefore inexpensive. Overall, bimetal element and spring element to each other with respect to the actuating force be coordinated, but no longer additionally regarding their temperature behavior, because the rear derailleur straightens yourself, so to speak. This makes it a standard spring element possible for all temperature ranges, making an essential one Rationalization effect is achieved. Through this construction a low overall height can also be realized, whereby at different switching temperatures no new individual Adjustment is required, just the bimetal element must have the same spring properties but different switching temperatures be interpreted.
- Another advantage is that tolerances and fluctuations in the switching temperature by guiding through the temperature-neutral Spring element to be balanced.
- the spring element and the switching element are essentially flat, sheet-like parts that are extend to the same side in a V-shape from their connection point.
- This measure has the advantage that compared to the generic switch, the overall height is significantly reduced, and also a slight longitudinal extension because of the "folded back" free end of the switching element reached becomes.
- an insulation layer is arranged on which one Resistor path is arranged, one end with the first External connection and other end connected to a contact surface is in contact with a contact area on the spring element is.
- the spring element on his first end is T-shaped, with this T-shaped end rests on the insulating material carrier and on this T-shaped End has a contact area that with the contact surface of the series resistance is in the system.
- a bottom electrode is connected to which a movable Contact part cooperates, which is provided on the switching element and between the bottom electrode and the lid electrode at least one PTC component is clamped.
- the advantage here is that the PTC module has a self-holding function is realized, the contacting of the PTC module done by a simple pinch, so at the mechanical assembly of the switch automatically realized becomes.
- the second external connection is connected to a bottom electrode with which a movable Contact part cooperates, which is provided on the switching element and between the bottom electrode and the T-shaped end a PTC component is clamped in the spring element.
- the advantage here is that there is also a simple contact of the PTC component can be achieved, this PTC component now in line when the rear derailleur is open is connected to the series resistor, so that there are other resistance ratios can result.
- the T-shaped end of the spring element is now several Functions combined in one, it serves on the one hand for mechanical Holder of the switching mechanism in the insulating material carrier and on the other hand for the electrical connection of both the series resistor as well as the PTC component, which acts as a self-holding resistor works.
- this is only necessary in the area this T-shaped end of the spring element for such Surface finish to ensure that electrical contacting only through printing and circulation to the others Surfaces are less demanding, what contributes to cost reduction.
- the construction variant with the two side pockets is especially preferred when considering a large Current load a larger current passage area of the now self-holding resistor formed by two PTC modules required is.
- a new switch is shown generally at 10, the is shown in schematic longitudinal section.
- the new switch 10 has a first external connection 11, which is integrally connected to a flat cover electrode 12 is. Furthermore, a second external connection 14 is provided, which is formed in one piece with a bottom electrode 15. The Cover electrode 12 and the bottom electrode 15 are on one Isolierstoffitati 16 held the cover electrode 12 and keeps the bottom electrode 15 spaced parallel to each other.
- the insulating material carrier 16 is basically open on the side 1, an embodiment is shown in which the insulating material carrier 16 has a pot-shaped lower part 17 includes that around the bottom electrode 15 by extrusion coating or potting is designed such that the bottom electrode 15 is an integral part of the lower housing part 17.
- the Lower housing part 17 is closed by the cover electrode 12 and a heat-welded one, indicated at 18 Edge of the insulating material carrier 16 held captive.
- the switching mechanism 19 comprises a mechanical and electrical series connection from a spring element 21 and a switching element 22, which by a 23rd arranged connection are interconnected.
- the switching element 22 is a bimetal element in the present case.
- the spring element 21 has a largely temperature-independent Positioning force, which in the context of the present invention means that the actuating force or spring force of the spring element 21 in the range of the permissible operating temperature of the Switch 10 does not change noticeably.
- the positioning force of the bimetal element is strongly temperature dependent and also in the so-called creeping phase is so large that the spring element 21 do not hinder the deformation of the bimetallic element Pressure on that at constant temperature in this spring system thus can exert rigid bimetal element.
- the spring element is 25 in with its first, T-shaped end System with the cover electrode 12 and leads with its second End 26 in connection 23 to the switching element 22.
- the switching element 22 carries at its free end 27 a movable contact part 28, which cooperates with a switch-fixed counter contact 29, which is formed on the bottom electrode 15.
- the bottom electrode 15 is partly from an insulating bridge 31 attacked, which prevents the connection 23 at Opening the rear derailleur 19 moved so far down that it undesirably comes into contact with the bottom electrode 15.
- the cover electrode 12 is on provided on the inside 32 with a series resistor which electrically between the first outer terminal 11 and the T-shaped End 25 of the spring element 21 is switched.
- a PTC module 33 is clamped, which is arranged in a pocket 34 and acts as a self-holding resistor 35.
- Switch 10 is the self-holding resistor 35 through that Switch mechanism 19 bridges, that is, de-energized. If now as a result a temperature increase, the movable contact part 28 of lifts the fixed counter contact 29, a residual current flows from the second external connection 14 via the bottom electrode 15 through the Self-holding resistor 35 in the T-shaped end 25 and from there via the series resistor in the cover electrode 12 and from there in the first external connection 11, so that between the two External connections 11, 14 a series connection of series resistance as well as self-holding resistance, which is characterized by a Residual current is heated so far that it opens the switching mechanism 19 Condition holds.
- Fig. 2 the switch of Fig. 1 is off along the line II-II Fig. 1 shown in section. It can be seen that the T-shaped End 25 of the spring element 21 on a base 36 of the Isolierstoffehrs 16 is below the cut Edge 18 is arranged. At 37 is the outline of the base 36 shown.
- T-shaped end 25 Under the T-shaped end 25 is the self-holding resistance in the pocket 34 35 indicated, from below in plant with a at 38 indicated contact area of the T-shaped end 25 of the spring element 21.
- another Contact area 38 On the other side of the T-shaped End 25, that is to say in the top view of FIG. 2, is another Contact area 38 is provided via the to be described in How the series resistance is contacted.
- the base 36 is provided with projections 39 through which the self-holding resistor 35 in the pocket 34 is held.
- 3a to 3d show production steps for manufacturing the with a series resistor cover electrode 12.
- the inside 32 is initially covered with an insulation layer 41 provided, on which then a resistance track according to FIG. 3b 42 is applied as series resistor 43.
- the resistance track 42 overlaps the insulation layer 41 in FIG. 3 to the left so that a connection area 44 to the inside 32 the cover electrode 12 made of metal is produced. In this way, the first external connection 11 with the series resistance 43 connected.
- this released area of the Resistor track 42 now becomes a silver layer according to FIG. 3d 46 applied, which forms a contact surface 47.
- the rear derailleur 19 from FIG. 1 is schematically enlarged Scale shown in its closed position.
- the Switching element 22 is so far below its step temperature, that his crawl phase has not yet started.
- the Switching member 22 presses against the force of the spring element 21 Connection 23 in Fig. 4 upwards, so that there is a 51 indicated Distance to the cover electrode 12 and one indicated at 52 Distance to the counter contact 29 sets.
- the distance 51 increases to the extent that the distance increases 52 decreased.
- the movable contact part 28 in FIG. 5 transversely to the counter contact 29 has moved. This friction is desirable because hereby the contact surfaces between contact part 28 and Counter contact 29 cleaned, so that the electrical contact resistance is very low.
- spring element 21 and the Switching element 22 are flat, sheet-like parts that differ from theirs Junction 23, so to speak, V-shaped on the same side, namely to extend to the right.
- This "folded back" Arrangement of spring element 21 and switching element 22 is a shortened Design achieved in the longitudinal direction, so that in addition to the flat a relatively short design is also possible.
- Fig. 7 is a pot-shaped lower housing part 17 in the Top view shown, only the bottom electrode 15 was splashed or cast with its external connection 14, the rear derailleur itself and the PTC components are not yet inserted.
- Fig. 7 the base 37 can be seen on which the T-shaped End 25 of the rear derailleur 19 comes to rest when this in the Interior 20 is inserted. Laterally next to the interior 20 are provided in the lower part 17 two pockets 55, 56, the extend down to the bottom electrode 15 and after are open at the top. These pockets are from the side inwards Compared to base 37, base 57 is set down surrounded by falling out of inserted PTC modules prevented into the interior 20.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einem Isolierstoffträger, an dem ein erster und ein zweiter Außenanschluß angeordnet sind, sowie einem temperaturabhängigen Schaltwerk, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Außenanschluß eine elektrisch leitende Verbindung für einen durch den Schalter zu leitenden elektrischen Strom herstellt, und ein Schaltorgan, das seine geometrische Form temperaturabhängig zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verändert und in seiner Schließstellung dem Strom führt, sowie ein Stellorgan umfaßt, das mit dem Schaltorgan elektrisch und mechanisch in Reihe geschaltet ist. The present invention relates to a switch with a Isolierstoffträger, on which a first and a second external connection are arranged, as well as a temperature-dependent Rear derailleur that depending on its temperature between an electrically conductive the first and the second external connection Connection for one to be passed through the switch produces electrical current, and a switching device that its geometric shape depending on the temperature between a closing and changed an open position and in its closed position the current leads, and includes an actuator that with the Switching element is electrically and mechanically connected in series.
Ein derartiger Schalter ist aus der US 4,636,766 bekannt.Such a switch is known from US 4,636,766.
Der bekannte Schalter umfaßt als Schaltorgan ein U-förmiges Bimetall-Element mit zwei unterschiedlich langen Schenkeln. An dem langen Schenkel ist ein bewegliches Kontaktteil befestigt, das mit einem schalterfesten Gegenkontakt zusammenwirkt, der wiederum mit einem der beiden Außenanschlüsse in elektrisch leitender Verbindung steht.The known switch comprises a U-shaped bimetal element as a switching element with two legs of different lengths. On a movable contact part is attached to the long leg, that interacts with a switch-fixed counter contact that again with one of the two external connections in electrical conductive connection.
Der kürzere Schenkel des U-förmigen Bimetall-Elementes ist an dem freien Ende eines als Hebelarm ausgebildeten Stellorganes befestigt, das mit seinem anderen Ende fest mit dem Gehäuse verbunden ist sowie mit dem anderen der beiden Außenanschlüsse in elektrisch leitender Verbindung steht. Das Stellorgan ist ein weiteres Bimetall-Element, das so auf das U-förmige Bimetall-Element abgestimmt ist, daß sich die beiden Bimetall-Elemente bei Temperaturänderungen gegensinnig verformen und somit den Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Kontaktteil sowie dem gehäusefesten Gegenkontakt erhalten.The shorter leg of the U-shaped bimetallic element is attached to the free end of an actuator designed as a lever arm, which is firmly connected at its other end to the housing and is in electrically conductive connection with the other of the two external connections. The actuator is a further bimetallic element shaped U-so on the bimetallic element is tuned such that the two bimetallic - elements in opposite directions deform with temperature changes, and thus maintain the contact pressure between the movable contact part and the housing-fixed mating contact.
Dieser Schalter ist als Unterbrecher für hohe Ströme gedacht, die zu einer starken Erwärmung der durchflossenen Bimetall-Elemente führen, wodurch letztendlich das bewegliche Kontaktteil von dem festen Gegenkontakt abgehoben wird. Einflüsse der Umgebungstemperatur werden dabei durch die erwähnte gegensinnige Verformung der Bimetall-Elemente kompensiert.This switch is intended as a breaker for high currents, which leads to a strong warming of the bimetallic elements lead, which ultimately the movable contact part is lifted off the fixed counter contact. Influences of Ambient temperature are the opposite Deformation of the bimetallic elements is compensated.
Bei dieser Konstruktion ist vor allem von Nachteil, daß zwei Bimetall-Elemente benötigt werden, deren Temperaturverhalten exakt aufeinander abgestimmt sein muß, was konstruktiv aufwendig und kostenintensiv zu realisieren ist. Um Fertigungstoleranzen zu kompensieren, wird der bekannte Schalter nach der Montage ferner mechanisch justiert, was einen weiteren Nachteil darstellt.The main disadvantage of this construction is that two Bimetal elements are needed, their temperature behavior must be exactly coordinated, which is structurally complex and is expensive to implement. Manufacturing tolerances to compensate for the well-known switch after the Assembly also mechanically adjusted, which is another disadvantage represents.
Da die beiden Bimetall-Elemente geometrisch sehr verschieden ausgelegt sind, weisen sie außerdem unterschiedliche Langzeitstabilitäten auf, so daß eigentlich von Zeit zu Zeit eine Nachjustage erforderlich wäre. Dies ist jedoch im Einsatz nicht mehr möglich, so daß insgesamt die Langzeitstabilität und damit die Funktionssicherheit zu wünschen übrig läßt.Because the two bimetal elements are very different geometrically are designed, they also have different long-term stabilities on, so that from time to time a readjustment would be required. However, this is not in use more possible, so that overall long-term stability and thus the functional reliability leaves something to be desired.
Ein weiterer Nachteil bei dieser Konstruktion besteht in der durch das U-förmige Bimetall-Element bedingten großen Bauhöhe.Another disadvantage of this construction is that large height due to the U-shaped bimetal element.
Schließlich ist bei diesem Schalter noch von Nachteil, daß er sich nach dem Abkühlen selbsttätig wieder schließt, also keine Stromabhängigkeit aufweist, die das erneute Schließen und damit Einschalten des durch den Schalter geschützten elektrischen Gerätes verhindert.Finally, this switch has the disadvantage that it closes again automatically after cooling, i.e. none Has current dependency, the reclosing and thus Switch on the electrical device protected by the switch prevented.
Schalter mit Stromabhängigkeit sind allgemein bekannt, bei ihnen wird parallel zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk ein Selbsthaltewiderstand zwischen die beiden Außenanschlüsse geschaltet. Im geschlossenen Zustand des Schalters wird der Selbsthaltewiderstand durch das Schaltwerk elektrisch kurzgeschlossen, so daß er stromfrei ist. Öffnet das Schaltwerk dagegen, fließt ein Reststrom durch den Selbsthaltewiderstand, der sich dabei in Abhängigkeit von der angelegten Spannung sowie seinem Widerstandswert so weit aufheizt, daß er das temperaturabhängige Schaltwerk auf einer Temperatur oberhalb der Ansprechtemperatur hält, so daß es geöffnet bleibt. Current-dependent switches are well known among them is parallel to the temperature-dependent switchgear Self-holding resistor connected between the two external connections. When the switch is closed, the Self-holding resistor electrically short-circuited by the switching mechanism, so that it is de-energized. On the other hand, opens the rear derailleur, a residual current flows through the self-holding resistor depending on the applied voltage as well its resistance value heats up so far that it is temperature-dependent Switch mechanism at a temperature above the response temperature stops so that it stays open.
Im Stand der Technik sind eine ganze Reihe von Konstruktionen für den Selbsthaltewiderstand bekannt, bei denen ein blockförmiger PTC-Widerstand verwendet wird, der verglichen mit einem keine Stromabhängigkeit aufweisenden Schalter zu einer Vergrößerung der geometrischen Abmaße führt.There are a number of designs in the prior art known for the self-holding resistance, in which a block-shaped PTC resistor is used compared to one no current dependency switch for an enlargement of the geometric dimensions.
Ein weiterer Nachteil, der mit den bekannten Schaltern mit Stromabhängigkeit verbunden ist, besteht in dem konstruktiven Aufwand, der zu kostenintensiven und aufwendig zu montierenden Schaltern führt.Another disadvantage with having the known switches Current dependency is the constructive Effort that is too expensive and time-consuming to assemble Switches leads.
Ein weiterer, mit dem eingangs erwähnten Schalter verbundener Nachteil ist darin zu sehen, daß sich der Schwellwert des Stromes, der zum Öffnen des Schalters führt, durch den Ohm'schen Widerstand der Bimetall-Elemente bestimmt, so daß sich unterschiedliche Schaltstromstärken nur schwer realisieren lassen.Another, connected to the switch mentioned above The disadvantage is that the threshold value of the current, which leads to the opening of the switch through the ohmic Resistance of the bimetallic elements is determined so that they differ Switching currents are difficult to implement.
Aus dem Stand der Technik ist es jedoch bereits bekannt, die Stromabhängigkeit durch Verwendung eines Vorwiderstandes einzustellen, der elektrisch zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk in Reihe geschaltet ist. Bei den bekannten Schaltern ist jedoch parallel zu dem Schaltorgan ein Stellorgan in Form einer Feder-Schnappscheibe etc. geschaltet, durch die der elektrische Strom fließt. Mit anderen Worten, das Bimetall-Element ist bei stromabhängigen Schaltern mit Vorwiderstand stromfrei, der Betriebsstrom des zu schützenden elektrischen Gerätes wird über ein gesondertes Federelement geleitet. Durch die Wahl des Widerstandswertes dieses Vor- oder Serienwiderstandes kann jetzt die Schaltstromstärke genau und reproduzierbar eingestellt werden. However, it is already known from the prior art to set the current dependency by using a series resistor which is electrically connected in series with the temperature-dependent switching mechanism. In known switches, however, an actuator in the form of a spring in parallel with the switching member - connected in snap disk, etc., through which the electric current flows. In other words, the bimetallic element is current-free in the case of current-dependent switches with a series resistor, the operating current of the electrical device to be protected is conducted via a separate spring element. By selecting the resistance value of this series or series resistor, the switching current can now be set precisely and reproducibly.
Auch bei den bekannten Schaltern mit Serienwiderstand ist der konstruktive Aufwand von Nachteil, die Schalter sind kostenintensiv und zeitaufwendig zu montieren.This is also the case with the known switches with series resistance constructive expense is disadvantageous, the switches are expensive and time-consuming to assemble.
Ein weiterer, aus der EP 0 103 792 B1 bekannter, stromabhängiger Schalter weist als Schaltorgan eine Bimetall-Federzunge auf, die an dem einen Außenanschluß befestigt ist und an ihrem freien Ende ein bewegliches Kontaktteil trägt, das mit einem Gegenkontakt zusammenwirkt, der an dem freien Ende eines länglichen Federelementes angeordnet ist, das anderen Endes an dem anderen Außenanschluß befestigt ist, so daß der Strom durch die Reihenschaltung aus Federelement und Bimetall-Federzunge fließt.Another current-dependent one known from EP 0 103 792 B1 Switch has a bimetal spring tongue as a switching element on, which is attached to the one external connection and to her free end carries a movable contact part that with a Counter-contact cooperates, which at the free end of an elongated Spring element is arranged, the other end on the other external connector is attached so that the current through the Series connection from spring element and bimetal spring tongue flows.
Die elastische Lagerung des Gegenkontaktes sorgt hier für eine geringe mechanische Belastung der Bimetall-Federzunge, da der Gegenkontakt begrenzt nachgibt, wenn die Bimetall-Federzunge infolge einer Temperaturänderung ihre geometrische Form verändert. Hierdurch werden irreversible Verformungen der Bimetall-Federzunge vermieden, die zu einer Verschiebung der Schalttemperatur führen könnten.The elastic mounting of the counter contact ensures a low mechanical stress on the bimetal spring tongue, because of the Mating contact yields to a limited extent when the bimetal spring tongue changed their geometric shape due to a change in temperature. This causes irreversible deformations of the bimetal spring tongue avoided, leading to a shift in the switching temperature could lead.
Ein Nachteil dieses Schalters besteht darin, daß die Bimetall-Federzunge wie alle Bimetall-Elemente beim Übergang von der Schließ- in die Öffnungsstellung eine sogenannte Schleichphase durchläuft, in der sich infolge einer Temperaturerhöhung oder -erniedrigung das Bimetall-Element schleichend verformt, ohne jedoch von seiner z.B. konvexen Tieftemperaturstellung bereits in seine konkave Hochtemperaturstellung umzuschnappen. Diese Schleichphase tritt jedesmal dann auf, wenn sich die Temperatur des Bimetall-Elementes entweder von oben oder von unten der Sprungtemperatur nähert und führt zu merklichen Konformationsänderungen. Insbesondere infolge von Alterung oder Langzeitbetrieb kann sich das Schleichverhalten eines Bimetall-Elementes darüber hinaus auch noch verändern.A disadvantage of this switch is that the bimetal spring tongue like all bimetal elements in the transition from In the open position, a so-called creep phase passes through, in the course of a temperature increase or lowers the bimetallic element creepingly deformed without however from its e.g. convex low temperature position already to snap into its concave high temperature position. This Creeping phase occurs every time the temperature changes of the bimetal element either from above or from below Jump temperature approaches and leads to noticeable changes in conformation. Especially as a result of aging or long-term use can the creep behavior of a bimetallic element furthermore also change.
Während der Öffnungsbewegung kann das Schleichen dazu führen, daß der Druck des Kontaktes gegen den Gegenkontakt nachläßt, wodurch undefinierte Schaltzustände entstehen. Während der Schließbewegung kann sich der Kontakt während der Schleichphase allmählich dem Gegenkontakt annähern, wodurch die Gefahr eines Lichtbogens hervorgerufen werden kann.During the opening movement, sneaking can cause that the pressure of the contact against the counter contact decreases, which creates undefined switching states. During the The closing movement can make contact during the creeping phase gradually approach the counter contact, reducing the risk of Arc can be caused.
Die mit dem Schleichverhalten eines Bimetall-Elementes einhergehenden Probleme werden bei einem stromabhängigen Schalter, wie er in der eingangs erwähnten US 4,636,766 oder der EP 0 103 792 beschrieben ist, dadurch gelöst, daß die Bimetall-Federzunge mit Vorprägungen versehen wird, die die Schleichphase zwar nicht vollständig, aber doch zum großen Teil unterdrükken. Diese Vorprägungen oder sonstige mechanische Einwirkungen auf das Bimetall-Element zur Unterdrückung der Schleifphase sind aufwendige und teure Maßnahmen, durch die zudem die Lebensdauer dieser Bimetall-Elemente deutlich deutlich reduziert wird. Ein weiterer Nachteil der erforderlichen Vorprägung ist darin zu sehen, daß für verschiedene Leistungsklassen und Ansprechtemperaturen nicht nur unterschiedliche Materialzusammensetzungen und -stärken sondern auch noch unterschiedliche Vorprägungen eingesetzt werden müssen.The associated with the creep behavior of a bimetal element Problems with a current-dependent switch, as described in US 4,636,766 or EP 0 103 792 is described in that the bimetal spring tongue is provided with knockouts that the creep phase not completely, but to a large extent suppress it. These knockouts or other mechanical influences on the bimetal element to suppress the grinding phase are complex and expensive measures that also increase the service life of these bimetallic elements significantly reduced significantly becomes. Another disadvantage of the required knockout is to be seen in that for different performance classes and response temperatures not just different material compositions and strengths but also different knockouts must be used.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen die obigen Nachteile vermeidenden Schalter der eingangs genannten Art bei preiswerter und einfacher Konstruktion mit einer Stromabhängigkeit zu versehen, wobei der Schalter eine kleine Bauweise sowie eine hohe Funktionssicherheit und lange Lebensdauer aufweisen soll.Against this background, it is an object of the present invention a switch of the above avoiding the disadvantages mentioned type with inexpensive and simple construction to be provided with a current dependency, the switch being a small design as well as high functional reliability and long Should have lifespan.
Bei dem eingangs erwähnten Schalter wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der erste Außenanschluß mit einer flächigen Deckelelektrode verbunden ist, an der das Stellorgan mit seinem ersten Ende festgelegt ist, und auf dessen Innenseite ein flacher Serienwiderstand angeordnet ist, der elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß und das erste Ende des Stellorganes geschaltet ist.In the case of the switch mentioned at the beginning, this task is accomplished solved that the first external connection with a flat cover electrode is connected to the actuator with its first End is set, and on the inside a flat Series resistor is arranged, the electrical between the first external connection and the first end of the actuator switched is.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object on which the invention is based is achieved in this way completely solved.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat nämlich erkannt, daß es bei einem gattungsgemäßen Schalter möglich ist, eine flache Deckelelektrode vorzusehen, auf deren Innenseite ein flacher Serienwiderstand angeordnet ist, der zwischen dem ersten Außenanschluß und dem ersten Ende des Stellorganes liegt. Die Bauhöhe wird durch den Serienwiderstand kaum merklich beeinflußt, da er z.B. als Schichtwiderstand ausgebildet werden kann, der kaum zu einer Vergrößerung der Dicke der Deckelelektrode beiträgt.The inventor of the present application has recognized that that it is possible with a generic switch, a provide flat lid electrode, on the inside flat series resistor is arranged between the first External connection and the first end of the actuator. The height is hardly noticeably influenced by the series resistance, because e.g. be formed as a sheet resistor can hardly increase the thickness of the lid electrode contributes.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn das Stellorgan ein Federelement umfaßt, dessen Stellkraft weitgehend temperaturunabhängig ist, und das Stellorgan eine temperaturabhängige Stellkraft aufweist, die in dessen Schleichphase größer ist als die Stellkraft des Federelementes. It is particularly preferred if the actuator is a Includes spring element, the actuating force largely independent of temperature is, and the actuator is a temperature-dependent Has actuating force that is greater than in its creeping phase the force of the spring element.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat erkannt, daß die
z.B. aus der DE 21 21 802 C bekannte mechanische und elektrische
parallele Anordnung von Temperatur-neutralem Federelement
und Schaltorgan in eine elektrische und mechanische Reihenschaltung
abgewandelt und bei dem neuen Schalter eingesetzt
werden kann, um eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen in dem
neuen Schalter zu vereinigen.The inventor of the present application has recognized that the
e.g. known from
Durch die mechanische Reihenschaltung, also das Zusammenwirken der Federkraft des Federelementes mit der des Schaltorganes kann nämlich die Schleichphase des Schaltorganes ausgeglichen werden. Wenn sich das Schaltorgan während der Schleichphase in seiner Geometrie verändert, so wird dies durch das Federelement unmittelbar ausgeglichen. Damit ist es jetzt erstmals möglich, auch bei einem Schalter mit stromdurchflossenem Schaltorgan, das ein Bimetall-Element oder ein Trimetall-Element sein kann, eine große Schleichphase des Schaltorganes zu ermöglichen, denn das Federelement kann die "ungewollten" Formänderungen während der Schleichphase ausgleichen. Dies bedeutet jedoch, daß ein einfacher herzustellendes und damit preiswerteres Schaltorgan eingesetzt werden kann, das zudem eine höhere Lebensdauer aufweist, da auf die Vorprägung größtenteils verzichtet werden kann und somit eine größere Hysterese zulässig wird, so daß die Schleichphase maximal ausgenutzt werden kann.Through the mechanical series connection, i.e. the interaction the spring force of the spring element with that of the switching element can compensate for the creeping phase of the switching element become. If the switching element is in during the creeping phase its geometry changes, so this is due to the spring element immediately balanced. It is now possible for the first time also for a switch with a current-carrying switching element, which can be a bimetallic element or a tri-metallic element, to allow a large creeping phase of the switching element, because the spring element can during the "unwanted" shape changes compensate for the creeping phase. However, this means that a switching device that is easier to manufacture and therefore cheaper can be used, which also has a longer service life, because the knockout is largely dispensed with can and thus a larger hysteresis is permissible so that the Creep phase can be used to the maximum.
Damit sind aber nicht nur geringe geometrische Anforderungen an das Schaltorgan sondern ebenfalls geringere Anforderungen an das Federelement zu stellen, denn letzteres muß jetzt nur noch dafür sorgen, daß das Schaltorgan unterhalb seiner Sprungtemperatur, also während der Schleichphase, in elektrischem Kontakt zu einem der Außenanschlüsse verbleibt. Unterschiedliche Schaltertypen bezüglich Leistungsklasse und Ansprechtemperatur können jetzt mit im wesentlichen demselben Federelement aber unterschiedlichen Schaltorganen ausgelegt werden, wobei an diese Bauteile des Schaltwerkes sehr viel geringere geometrische und mechanische Bedingungen zu stellen sind, so daß sie insgesamt einfacher und preiswerter herzustellen sind.However, this does not only mean low geometric requirements the switching element but also lower requirements to put the spring element, because the latter now only has to ensure that the switching element is below its step temperature, So during the creep phase, in electrical contact to one of the external connections remains. Different types of switches regarding performance class and response temperature now with essentially the same spring element but different Switching devices are designed, taking them Components of the rear derailleur much less geometric and mechanical conditions are to be put, so that they total are easier and cheaper to manufacture.
Bezüglich der Lebensdauer des Schaltorganes ergeben sich hier
dieselben Vorteile, wie die bei der lose eingelegten Bimetall-Schnappscheibe
gemäß DE 21 21 802 C. Insgesamt kann bei dem
neuen Schalter mehr Wert auf die elektrischen Eigenschaften und
die Schalttemperatur gelegt werden, die mechanische Federkraft
des Schaltorganes spielt bei dem neuen Schalter zum ersten Mal
in der Technik eine untergeordnete Rolle, sie muß nur so groß
sein, daß das Schaltorgan durch das Federelement nicht zu stark
zusammengedrückt wird. Der Schaltprozeß selbst wird nach Abschluß
der Schleichphase allein durch das Schaltorgan bewirkt,
das in seiner Schließstellung jetzt immer vorgespannt ist. Dieses
vorgespannte Schaltorgan weist noch eine ganze Reihe von
weiteren Vorteilen auf, so vibriert es nicht im Magnetfeld und
weist keine Lichtbogengefahr auf, denn sich allmählich öffnende
oder schließende Kontakte werden durch die Vorspannung verhindert.Regarding the service life of the switching element, this is shown here
the same advantages as with the loosely inserted bimetallic snap disc
according to
Damit ist aber nur noch eine sehr geringe Vorprägung des Bimetall-Elementes erforderlich, durch die lediglich noch der Schnappeffekt für die plötzliche Kontakttrennung sichergestellt werden muß. Eine stärkere Vorprägung, wie sie bisher zur Unterstützung bzw. Unterdrückung der Schleichphase verwendet wurde, ist nicht mehr erforderlich. Dadurch werden die mechanischen Belastungen verringert und damit die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Schaltpunktes deutlich erhöht.However, this means that the bimetal element is only slightly pre-embossed required by which only the Snap effect ensured for sudden contact separation must become. A stronger knockout, as previously used for support or suppression of the creep phase was used, is no longer required. This will make the mechanical Reduced loads and thus the service life and reliability and reproducibility of the switching point clearly elevated.
Das temperaturneutrale Federelement übt auf das Bimetall-Element keinen dessen Verformung behindernden Druck mehr aus, es gleicht vielmehr in der Schleichphase die Verformung des Bimetall-Elementes durch eigene Verformung derart aus, daß bewegliches Kontaktteil und fester Gegenkontakt miteinander derart sicher in Anlage bleiben, daß für einen niedrigen Übergangswiderstand gesorgt wird. Der Kontaktdruck bleibt unterhalb der Schalttemperatur weitgehend unabhängig von der Temperatur konstant.The temperature-neutral spring element exercises on the bimetal element no longer hinder its deformation, it rather resembles the deformation of the bimetal element in the creeping phase through its own deformation in such a way that movable Contact part and fixed counter contact with each other in such a way stay safely in the system for a low contact resistance is taken care of. The contact pressure remains below the Switching temperature largely independent of the temperature.
Die Schleichphase des Bimetall-Elementes wird also nicht mehr wie im Stand der Technik unterdrückt, sondern sozusagen ausgeglichen, das Bimetall-Element kann sich nämlich in der Schleichphase nahezu ungehindert verformen, wobei die Änderungen der Geometrie dabei durch das Federelement so ausgeglichen werden, daß der Schalter sicher geschlossen bleibt.The creeping phase of the bimetallic element is therefore no longer as suppressed in the prior art, but balanced so to speak, the bimetal element can namely in the Deform creep phase almost unhindered, making the changes the geometry is balanced by the spring element that the switch remains securely closed.
Zu diesem Zweck ist die temperaturabhängige Stellkraft des Bimetall-Elementes so gewählt, daß sie in der Schleichphase größer ist als die weitgehend temperaturneutrale Stellkraft des Federelementes, das das somit "starre" Bimetall-Element damit lediglich noch "führt".For this purpose, the temperature-dependent positioning force of the bimetal element chosen so that they are larger in the creeping phase is the largely temperature-neutral actuating force of the Spring element, which is thus the "rigid" bimetal element only "leads".
Ein großer Vorteil des neuen Schalters liegt in seiner einfachen Bauweise, neben einem gehäusefesten Gegenkontakt ist nur ein Bimetall-Element erforderlich, das Federelement ist temperaturneutral und damit preiswert. Insgesamt müssen Bimetall-Element und Federelement zwar bezüglich der Stellkraft aufeinander abgestimmt werden, nicht mehr jedoch zusätzlich auch noch bezüglich ihres Temperaturverhaltens, denn das Schaltwerk richtet sich sozusagen selbst aus. Dadurch wird ein Standardfederelement für alle Temperaturbereiche möglich, wodurch ein wesentlicher Rationalisierungseffekt erreicht wird. Durch diese Konstruktion ist ferner eine geringe Bauhöhe realisierbar, wobei bei unterschiedlichen Schalttemperaturen keine neue individuelle Anpassung erforderlich ist, lediglich das Bimetall-Element muß mit gleichen Federeigenschaften aber anderen Schalttemperaturen ausgelegt werden.A big advantage of the new switch is its simple Construction, in addition to a housing-fixed counter contact is only a bimetal element is required, the spring element is temperature neutral and therefore inexpensive. Overall, bimetal element and spring element to each other with respect to the actuating force be coordinated, but no longer additionally regarding their temperature behavior, because the rear derailleur straightens yourself, so to speak. This makes it a standard spring element possible for all temperature ranges, making an essential one Rationalization effect is achieved. Through this construction a low overall height can also be realized, whereby at different switching temperatures no new individual Adjustment is required, just the bimetal element must have the same spring properties but different switching temperatures be interpreted.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Toleranzen und Schwankungen in der Schalttemperatur durch die Führung durch das temperaturneutrale Federelement ausgeglichen werden.Another advantage is that tolerances and fluctuations in the switching temperature by guiding through the temperature-neutral Spring element to be balanced.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Federelement und das Schaltorgan im wesentlichen flache, blechartige Teile sind, die sich zur selben Seite V-förmig von ihrer Verbindungsstelle weg erstrecken.It is preferred if the spring element and the switching element are essentially flat, sheet-like parts that are extend to the same side in a V-shape from their connection point.
Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß verglichen mit dem gattungsbildenden Schalter die Bauhöhe deutlich reduziert wird, wobei ferner auch eine geringe Längserstreckung wegen des "zurückgeklappten" freien Endes des Schaltorganes erreicht wird.This measure has the advantage that compared to the generic switch, the overall height is significantly reduced, and also a slight longitudinal extension because of the "folded back" free end of the switching element reached becomes.
Weiter ist es bevorzugt, wenn auf der Innenseite der Deckelelektrode eine Isolationsschicht angeordnet ist, auf der eine Widerstandsbahn angeordnet ist, die einen Endes mit dem ersten Außenanschluß und anderen Endes mit einer Kontaktfläche verbunden ist, mit der ein Kontaktbereich an dem Federelement in Anlage ist.It is further preferred if on the inside of the lid electrode an insulation layer is arranged on which one Resistor path is arranged, one end with the first External connection and other end connected to a contact surface is in contact with a contact area on the spring element is.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, beim Auflegen der Deckelelektrode auf den bereits mit dem Schaltwerk versehenen Schalter kommt die Kontaktfläche unmittelbar in Anlage mit dem Kontaktbereich, so daß die elektrische Verbindung sozusagen zusammen mit der mechanischen Verbindung der Deckelelektrode mit dem Gehäuse hergestellt wird.This measure is constructively advantageous when hanging up the Cover electrode on the one already provided with the switching mechanism The contact surface comes into direct contact with the switch Contact area, so that the electrical connection together, so to speak with the mechanical connection of the lid electrode the housing is manufactured.
Dabei ist es dann bevorzugt, wenn das Federelement an seinem ersten Ende T-förmig ausgebildet ist, mit diesem T-förmigen Ende auf den Isolierstoffträger aufliegt und an diesem T-förmigen Ende einen Kontaktbereich aufweist, der mit der Kontaktfläche des Serienwiderstandes in Anlage ist.It is then preferred if the spring element on his first end is T-shaped, with this T-shaped end rests on the insulating material carrier and on this T-shaped End has a contact area that with the contact surface of the series resistance is in the system.
Hierdurch wird die Montage des neuen Schalters noch einmal vorteilhaft vereinfacht, denn das Schaltwerk richtet sich im Inneren des Isolierstoffträgers sozusagen automatisch aus, wenn das T-förmige Ende auf den Isolierstoffträger aufgelegt wird.This makes the installation of the new switch once again advantageous simplified, because the rear derailleur is aligned inside the insulation carrier automatically, so to speak, if that T-shaped end is placed on the insulating support.
Allgemein ist es bevorzugt, wenn der zweite Außenanschluß mit einer Bodenelektrode verbunden ist, mit der ein bewegliches Kontaktteil zusammenwirkt, das an dem Schaltorgan vorgesehen ist, und zwischen der Bodenelektrode und der Deckelelektrode zumindest ein PTC-Baustein eingeklemmt ist.In general, it is preferred if the second external connection is used a bottom electrode is connected to which a movable Contact part cooperates, which is provided on the switching element and between the bottom electrode and the lid electrode at least one PTC component is clamped.
Hier ist von Vorteil, daß durch den PTC-Baustein eine Selbsthaltefunktion realisiert wird, wobei die Kontaktierung des PTC-Bausteines durch eine einfache Einklemmung erfolgt, also bei dem mechanischen Zusammenbau des Schalters automatisch mit realisiert wird.The advantage here is that the PTC module has a self-holding function is realized, the contacting of the PTC module done by a simple pinch, so at the mechanical assembly of the switch automatically realized becomes.
Andererseits ist es bevorzugt, wenn der zweite Außenanschluß mit einer Bodenelektrode verbunden ist, mit der ein bewegliches Kontaktteil zusammenwirkt, das an dem Schaltorgan vorgesehen ist, und zwischen der Bodenelektrode und dem T-förmigen Ende des Federelementes ein PTC-Baustein eingeklemmt ist.On the other hand, it is preferred if the second external connection is connected to a bottom electrode with which a movable Contact part cooperates, which is provided on the switching element and between the bottom electrode and the T-shaped end a PTC component is clamped in the spring element.
Hier ist von Vorteil, daß sich ebenfalls eine einfache Kontaktierung des PTC-Bausteines erzielen läßt, wobei dieser PTC-Baustein im geöffneten Zustand des Schaltwerkes jetzt in Reihe zu dem Serienwiderstand geschaltet ist, so daß sich andere Widerstandsverhältnisse ergeben können. Besonders vorteilhaft ist jedoch, daß das T-förmige Ende des Federelementes jetzt mehrere Funktionen in sich vereinigt, es dient zum einen zur mechanischen Halterung des Schaltwerkes in dem Isolierstoffträger und zum anderen zum elektrischen Anschluß sowohl des Serienwiderstandes als auch des PTC-Bausteines, der als Selbsthaltewiderstand wirkt. Damit ist es aber lediglich erforderlich, im Bereich dieses T-förmigen Endes des Federelementes für eine derartige Oberflächengüte zu sorgen, daß eine elektrische Kontaktierung allein durch Druck und Auflage möglich wird, an die anderen Oberflächen sind geringere Anforderungen zu stellen, was zur Kostenreduzierung beiträgt.The advantage here is that there is also a simple contact of the PTC component can be achieved, this PTC component now in line when the rear derailleur is open is connected to the series resistor, so that there are other resistance ratios can result. It is particularly advantageous however, that the T-shaped end of the spring element is now several Functions combined in one, it serves on the one hand for mechanical Holder of the switching mechanism in the insulating material carrier and on the other hand for the electrical connection of both the series resistor as well as the PTC component, which acts as a self-holding resistor works. However, this is only necessary in the area this T-shaped end of the spring element for such Surface finish to ensure that electrical contacting only through printing and circulation to the others Surfaces are less demanding, what contributes to cost reduction.
Dabei ist es dann bevorzugt, wenn entweder eine zwischen den Außenanschlüssen angeordnete, querverlaufende Tasche für den PTC-Baustein oder aber zwei seitliche Taschen neben dem Schaltwerk für zwei PTC-Bausteine vorgesehen sind. It is then preferred if either one between the External connections arranged, transverse pocket for the PTC module or two side pockets next to the rear derailleur are provided for two PTC modules.
Hier ist von Vorteil, daß verglichen mit einem Schalter ohne PTC-Baustein bei der querverlaufenden Tasche die Längsausdehnung und bei den beiden seitlichen Taschen lediglich die Querabmaße geringfügig erhöht werden müssen, die übrigen Abmaße können erhalten bleiben. Auch diese Maßnahmen tragen damit zu insgesamt geringen Abmaßen bei dem neuen Schalter bei.The advantage here is that compared to a switch without PTC component in the transverse pocket the longitudinal extent and with the two side pockets only the transverse dimensions have to be increased slightly, the remaining dimensions can be preserved. These measures also contribute overall small dimensions for the new switch.
Die Konstruktionsvariante mit den beiden seitlichen Taschen ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn im Hinblick auf eine große Strombelastung eine größere Stromdurchtrittsfläche des jetzt durch zwei PTC-Bausteine gebildeten Selbsthaltewiderstandes erforderlich ist.The construction variant with the two side pockets is especially preferred when considering a large Current load a larger current passage area of the now self-holding resistor formed by two PTC modules required is.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description of the attached Drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and those below Features to be explained not only in the specified Combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch den neuen Schalter längs der Linie I-I aus Fig. 2;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf den Schalter gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung längs der Linie II-II aus Fig. 1;
- Fig. 3a bis 3d
- jeweils eine Draufsicht auf die Innenseite der Dekkelelektrode des Schalters aus Fig. 1 und 2, in unterschiedlichen Stadien der Anbringung eines Serienwiderstandes nebst dessen Kontaktierung;
- Fig. 4
- das Schaltwerk des Schalters aus Fig. 1 in einer schematisierten, vergrößerten Darstellung, wobei das Schaltorgan in Schließstellung ist;
- Fig. 5
- eine Darstellung wie Fig. 4, jedoch während der Schleichphase des Schaltorganes;
- Fig. 6
- eine Darstellung wie Fig. 4, wobei das Schaltorgan jedoch in seiner Öffnungsstellung ist; und
- Fig. 7
- eine Draufsicht auf den Isolierstoffträger des Schalters gemäß Fig. 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit zwei Taschen für zwei PTC-Bausteine.
- Fig. 1
- a longitudinal section through the new switch along the line II of Fig. 2;
- Fig. 2
- a plan view of the switch of Figure 1 in a sectional view taken along the line II-II of Fig. 1.
- 3a to 3d
- in each case a top view of the inside of the cover electrode of the switch from FIGS. 1 and 2, in different stages of the application of a series resistor along with its contacting;
- Fig. 4
- the switching mechanism of the switch of Figure 1 in a schematic, enlarged view, the switching element is in the closed position.
- Fig. 5
- a representation like Figure 4, but during the creep phase of the switching element.
- Fig. 6
- a representation like Figure 4, but the switching element is in its open position. and
- Fig. 7
- a plan view of the insulating support of the switch according to FIG. 1 in a second embodiment with two pockets for two PTC modules.
In Fig. 1 ist allgemein mit 10 ein neuer Schalter gezeigt, der im schematischen Längsschnitt dargestellt ist.In Fig. 1, a new switch is shown generally at 10, the is shown in schematic longitudinal section.
Der neue Schalter 10 weist einen ersten Außenanschluß 11 auf,
der einstückig mit einer ebenen Deckelelektrode 12 verbunden
ist. Ferner ist ein zweiter Außenanschluß 14 vorgesehen, der
mit einer Bodenelektrode 15 einstückig ausgebildet ist. Die
Deckelelektrode 12 sowie die Bodenelektrode 15 sind an einem
Isolierstoffträger 16 gehalten, der die Deckelelektrode 12 und
die Bodenelektrode 15 parallel zueinander beabstandet hält.The
Während der Isolierstoffträger 16 grundsätzlich seitlich offen
sein kann, ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei
dem der Isolierstoffträger 16 ein topfförmiges Gehäuseunterteil
17 umfaßt, das um die Bodenelektrode 15 herum durch Umspritzen
oder Vergießen derart ausgebildet ist, daß die Bodenelektrode
15 integraler Bestandteil des Gehäuseunterteiles 17 ist. Das
Gehäuseunterteil 17 wird durch die Deckelelektrode 12 verschlossen
und von einem mit 18 angedeuteten, heißverschweißten
Rand des Isolierstoffträgers 16 unverlierbar gehalten.While the insulating
Zwischen der Deckelelektrode 12 und der Bodenelektrode 15 ist
ein temperaturabhängiges Schaltwerk 19 in einem Innenraum des
Isolierstroffträgers 16 angeordnet. Das Schaltwerk 19 umfaßt
eine mechanische und elektrische Reihenschaltung aus einem Federelement
21 sowie einem Schaltorgan 22, die durch eine bei 23
angeordnete Verbindung miteinander verbunden sind. Das Schaltorgan
22 ist im vorliegenden Fall ein Bimetall-Element.Is between the
Das Federelement 21 hat dabei ein weitgehend temperaturunabhängige
Stellkraft, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet,
daß sich die Stellkraft oder Federkraft des Federelementes
21 im Bereich der zulässigen Betriebstemperatur des
Schalters 10 nicht merklich ändert. Die Stellkraft des Bimetall-Elementes
ist dagegen stark temperaturabhängig und auch in
der sogenannten Schleichphase schon derart groß, daß das Federelement
21 keinen die Verformung des Bimetall-Elementes behindernden
Druck auf das bei konstanter Temperatur in diesem Federsystem
somit starre Bimetall-Element ausüben kann.The
Das Federelement ist mit seinem ersten, T-förmigen Ende 25 in
Anlage mit der Deckelelektrode 12 und führt mit seinem zweiten
Ende 26 in die Verbindung 23 zu dem Schaltorgan 22. Das Schaltorgan
22 trägt an seinem freien Ende 27 ein bewegliches Kontaktteil
28, das mit einem schalterfesten Gegenkontakt 29 zusammenwirkt,
der an der Bodenelektrode 15 ausgebildet ist.The spring element is 25 in with its first, T-shaped end
System with the
Die Bodenelektrode 15 ist teilweise von einer Isolierbrücke 31
übergriffen, die verhindert, daß sich die Verbindung 23 beim
Öffnen des Schaltwerkes 19 so weit nach unten bewegt, daß sie
unerwünschterweise in Anlage mit der Bodenelektrode 15 gelangt.The
In noch zu beschreibender Weise ist die Deckelelektrode 12 an
ihrer Innenseite 32 mit einem Serienwiderstand versehen, der
elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß 11 sowie das T-förmige
Ende 25 des Federelementes 21 geschaltet ist.In a manner still to be described, the
Zwischen die Bodenelektrode 15 und das T-förmige Ende 25 ist
ferner ein PTC-Baustein 33 geklemmt, der in einer Tasche 34 angeordnet
ist und als Selbsthalte-Widerstand 35 wirkt.Is between the
In dem in Fig. 1 gezeigten, geschlossenen Zustand des neuen
Schalters 10 ist der Selbsthalte-Widerstand 35 durch das
Schaltwerk 19 überbrückt, also stromlos. Wenn sich jetzt infolge
einer Temperaturerhöhung das bewegliche Kontaktteil 28 von
dem festen Gegenkontakt 29 abhebt, fließt ein Reststrom von dem
zweiten Außenanschluß 14 über die Bodenelektrode 15 durch den
Selbsthalte-Widerstand 35 in das T-förmige Ende 25 und von dort
über den Serienwiderstand in die Deckelelektrode 12 und von
dort in den ersten Außenanschluß 11, so daß zwischen den beiden
Außenanschlüssen 11, 14 eine Reihenschaltung aus Serienwiderstand
sowie Selbsthaltewiderstand liegt, die sich durch einen
Reststrom soweit erhitzt, daß sie das Schaltwerk 19 in geöffnetem
Zustand hält.In the closed state of the new one shown in FIG. 1
In Fig. 2 ist der Schalter aus Fig. 1 längs der Linie II-II aus
Fig. 1 geschnitten dargestellt. Es ist zu erkennen, daß das T-förmige
Ende 25 des Federelementes 21 auf einem Sockel 36 des
Isolierstoffträgers 16 liegt, der unterhalb des geschnittenen
Randes 18 angeordnet ist. Bei 37 ist der Umriß des Sockels 36
gezeigt.In Fig. 2 the switch of Fig. 1 is off along the line II-II
Fig. 1 shown in section. It can be seen that the T-shaped
Unter dem T-förmigen Ende 25 ist in der Tasche 34 der Selbsthalte-Widerstand
35 angedeutet, der von unten in Anlage mit einem
bei 38 angedeuteten Kontaktbereich des T-förmigen Endes 25
des Federelementes 21 ist. Auf der anderen Seite des T-förmigen
Endes 25, also in der Draufsicht der Fig. 2 ist ein weiterer
Kontaktbereich 38 vorgesehen, über den in noch zu beschreibender
Weise die Kontaktierung des Serienwiderstandes erfolgt.Under the T-shaped
Es noch erwähnt, daß der Sockel 36 mit Vorsprüngen 39 versehen
ist, durch die der Selbsthaltewiderstand 35 in der Tasche 34
gehalten wird.It also mentions that the
Die Fig. 3a bis 3d zeigen Produktionsschritte zur Fertigung der
mit einem Serienwiderstand versehenen Deckelelektrode 12. In
Fig. 3a wird die Innenseite 32 zunächst mit einer Isolationsschicht
41 versehen, auf die dann gemäß Fig. 3b eine Widerstandsbahn
42 als Serienwiderstand 43 aufgebracht wird. Die Widerstandsbahn
42 überlappt die Isolationsschicht 41 in Fig. 3
nach links, so daß ein Anschlußbereich 44 zu der Innenseite 32
der aus Metall gefertigten Deckelelektrode 12 hergestellt wird.
Auf diese Weise ist der erste Außenanschluß 11 mit dem Serienwiderstand
43 verbunden.3a to 3d show production steps for manufacturing the
with a series
Gemäß Fig. 3c wird über den Anschlußbereich 44 sowie größtenteils
über die Widerstandsbahn 42 eine weitere Isolationsschicht
45 gelegt, die lediglich rechts einen Teil der Widerstandsbahn
42 freiläßt. Auf diesen freigelassenen Bereich der
Widerstandsbahn 42 wird jetzt gemäß Fig. 3d eine Silberschicht
46 aufgebracht, die eine Kontaktfläche 47 bildet.According to FIG. 3c, the
Beim Auflegen der Deckelelektrode 12 aus Fig. 3d auf den in
Fig. 2 offen dargestellten Schalter 10 kommt die Kontaktfläche
47 in Anlage mit dem Kontaktbereich 38, so daß der Serienwiderstand
43 in Reihe zwischen den ersten Außenanschluß 11 sowie
das Federelement 21 geschaltet ist.When the
Der im geschlossenen Zustand durch den Schalter 10 fließende
Betriebsstrom eines zu schützenden elektrischen Gerätes fließt
also unmittelbar durch den Serienwiderstand 43, der sich bei
einem unzulässig hohen Strom aufheizt und diese Ohm'sche Wärme
unmittelbar in den Innenraum 20 des Schalters 10 abgibt, was zu
einer entsprechenden Erwärmung des Schaltwerkes 19 und damit zu
einem Öffnen der Kontakte 28, 29 führt, wie es jetzt anhand der
Fig. 4 bis 6 geschildert wird.The flowing through the
In Fig. 4 ist das Schaltwerk 19 aus Fig. 1 schematisch in vergrößertem
Maßstab in seiner Schließstellung gezeigt. Das
Schaltorgan 22 befindet sich soweit unterhalb seiner Sprungtemperatur,
daß seine Schleichphase noch nicht eingesetzt hat. Das
Schaltorgan 22 drückt gegen die Kraft des Federelementes 21 die
Verbindung 23 in Fig. 4 nach oben, so daß sich ein bei 51 angedeuteter
Abstand zur Deckelelektrode 12 sowie ein bei 52 angedeuteter
Abstand zu dem Gegenkontakt 29 einstellt.4, the
Wenn sich jetzt die Temperatur des Schaltorganes 22 infolge eines
erhöhten Stromflusses und der damit verbundenen Aufheizung
des Serienwiderstandes 43 oder aber infolge einer erhöhten Außentemperatur
erhöht, so beginnt zunächst die Schleichphase des
Schaltorganes 22, in der seine gegen die Kraft des Federelementes
21 arbeitende Federkraft nachläßt, so daß die Verbindung 23
in Fig. 4 nach unten bewegt wird, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist. Die Stellkraft des Bimetall-Elementes ist jedoch immer
noch so groß, daß die Stellkraft des Federelementes 21 nicht
ausreicht, um die in der Schleichphase auftretenden Verformungen
zu behindern. Unabhängig von seiner Geometrieänderung in
der Schleichphase ist das Schaltorgan 22 verglichen mit dem Federelement
21 als starr anzusehen, der Kontaktdruck wird allein
durch die Stellkraft des Federelementes 21 ausgeübt.If now the temperature of the switching
Der Abstand 51 vergrößert sich in dem Maße, indem sich der Abstand
52 verringert. Die mechanische Reihenschaltung aus Federelement
21 und Schaltorgan 22 drückt jedoch nach wie vor das
bewegliche Kontaktteil 28 gegen den Gegenkontakt 29. Im Vergleich
zwischen den Fig. 4 und 5 ist jedoch zu erkennen, daß
das bewegliche Kontaktteil 28 sich in Fig. 5 quer zu dem Gegenkontakt
29 verschoben hat. Diese Reibung ist erwünscht, denn
hierdurch werden die Kontaktflächen zwischen Kontaktteil 28 und
Gegenkontakt 29 gereinigt, so daß der elektrische Übergangswiderstand
sehr gering ist.The
Erhöht sich jetzt die Temperatur des Schaltorganges 22 weiter,
so schnappt es in Richtung eines Pfeiles 53 in seine Öffnungsstellung,
die in Fig. 6 dargestellt ist. Die Verbindung 23 ist
noch weiter nach unten gelangt, wobei das Schaltorgan 22 das
bewegliche Kontaktteil 28 von dem Gegenkontakt 29 abgehoben
hat. Im Vergleich zwischen den Fig. 4 und 6 ist zu erkennen,
daß sich die Verbindung 23 zwischen der Deckelelektrode 12 und
der Bodenelektrode 15 nach unten bewegt hat, während sich das
bewegliche Kontaktteile 28 in umgekehrter Richtung nach oben
bewegt hat, so daß der lichte Abstand zwischen der Deckelelektrode
12 und der Bodenelektrode 15 sozusagen doppelt ausgenutzt
wird.If the temperature of the
Ferner ist zu erkennen, daß das Federelement 21 sowie das
Schaltorgan 22 flache, blechartige Teile sind, die sich von ihrer
Verbindungsstelle 23 sozusagen V-förmig zur selben Seite,
nämlich nach rechts erstrecken. Durch diese "zurückgeklappte"
Anordnung von Federelement 21 und Schaltorgan 22 wird eine verkürzte
Bauform in Längsrichtung erreicht, so daß neben der flachen
auch eine relativ kurze Bauform möglich ist.It can also be seen that the
Zurückkehrend zur Fig. 2 sei noch bemerkt, daß durch die Tasche
34 und den darin angeordneten Selbsthalte-Widerstand 35 die
Länge des Schalters verglichen mit einer Ausführungsform ohne
Selbsthalte-Widerstand nur geringfügig vergrößert wird.Returning to Fig. 2, it should be noted that through the
Sollte jedoch auch diese geringfügige Vergrößerung in Längsrichtung
bereits unerwünscht sein, so lassen sich PTC-Bausteine
auch in Taschen seitlich neben dem Schaltwerk 19 anordnen, wie
es aus Fig. 7 zu erkennen ist.However, this slight increase in length should also occur
PTC devices can already be undesirable
also arrange in pockets next to the
In Fig. 7 ist ein topfförmiges Gehäuseunterteil 17 in der
Draufsicht gezeigt, wobei lediglich bereits die Bodenelektrode
15 mit ihrem Außenanschluß 14 verspritzt oder umgossen wurde,
das Schaltwerk selbst sowie die PTC-Bausteine sind noch nicht
eingelegt.In Fig. 7 is a pot-shaped
In Fig. 7 ist der Sockel 37 zu erkennen, auf dem das T-förmige
Ende 25 des Schaltwerkes 19 zu liegen kommt, wenn dieses in den
Innenraum 20 eingelegt wird. Seitlich neben dem Innenraum 20
sind in dem Unterteil 17 zwei Taschen 55, 56 vorgesehen, die
sich nach unten bis zur Bodenelektrode 15 erstrecken und nach
oben offen sind. Seitlich nach innen sind diese Taschen von einem
gegenüber dem Sockel 37 nach unten abgesetzten Sockel 57
umgeben, der ein Herausfallen von eingesetzten PTC-Bausteinen
in den Innenraum 20 hinein verhindert.In Fig. 7 the
Bei der Montage werden jetzt PTC-Bausteine in die Taschen 55,
56 eingelegt, das Schaltwerk 19 in bereits beschriebener Weise
in den Innenraum 20 eingelegt und dann die Deckelelektrode 12
aufgelegt. Die Kontaktierung mit der Deckelelektrode 12 erfolgt
dabei über Kontaktflächen 58, die in Fig. 3a gestrichelt angedeutet
sind.During assembly, PTC modules are now placed in
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Außenanschluß (11) mit einer flächigen Deckelelektrode (12) verbunden ist, an der das Stellorgan (21) mit seinem ersten Ende (25) festgelegt ist, und auf dessen Innenseite (32) ein flacher Serienwiderstand (43) angeordnet ist, der elektrisch zwischen den ersten Außenanschluß (11) und das erste Ende (25) des Stellorganes (21) geschaltet ist.Switch with an insulating material carrier (16) on which a first and a second external connection (11, 14) are arranged, and a temperature-dependent switching mechanism (19) which, depending on its temperature, between the first and the second external connection (11, 14) establishes an electrically conductive connection for an electrical current to be conducted by the switch (10) and a switching element (22) which changes its geometric shape depending on the temperature between a closed and an open position and carries the current in its closed position, and an actuator (21 ) which is mechanically and electrically connected in series with the switching element (22),
characterized in that the first external connection (11) is connected to a flat cover electrode (12), on which the actuator (21) is fixed with its first end (25), and on the inside (32) a flat series resistor (43) is arranged, which is electrically connected between the first outer connection (11) and the first end (25) of the actuator (21).
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