EP1273020B1 - Elektrische schaltvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung insbesondere in Form eines Temperaturreglers, Temperaturbegrenzers oder dgl..
• Derartige Schaltvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einer Schaltkontakteinrichtung mit einem Festkontakt und einem Bewegungskontakt. Um den Bewegungskontakt der Schaltkontakteinrichtung von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und umgekehrt zu bewegen, ist ein Stellelement vorhanden. Die Kopplung des Bewegungskontaktes an die Bewegung des Stellelementes erfolgt durch ein Übertragungselement, das beispielsweise als Übertragungsstift ausgebildet sein kann. Das Übertragungselement weist an mindestens einem Ende einen Konus auf, der in einer Ausnehmung eines mit dem Bewegungskontakt verbundenen Federelementes und/oder im Stellelement angeordnet ist. Alle genannten Teile sind an einer Befestigungseinrichtung angeordnet.
• Eine derartige elektrische Schalteinrichtung ist beispielsweise aus DE 37 35 334 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltvorrichtung verlaufen ein langgestreckter Bimetallstreifen und eine Schnappfeder, an der der Bewegungskontakt befestigt ist im wesentlichen parallel. Vollführen beide Teile eine gekoppelte Schwenkbewegung, so erfolgt eine parallelogrammartige Verschiebung zwischen dem Betätigungselement, dem Federelement und dem stiftartigen Übertragungselement. Dabei kommt es zu einer kippenden Bewegung der konischen Enden des Übertragungselementes in den ihnen zugeordneten Ausnehmungen, was mit einer nicht unerheblichen Reibung der Konen in den Ausnehmungen verbunden ist.
• Derartige Reibungen haben sich als nachteilig für die Schaltfunktion und insbesondere die Schaltdifferenz solcher Schaltvorrichtungen herausgestellt.
• Ebenso geht aus DE 82 15 108 U1 ein Temperaturreglerschalter hervor, der ein zwischen einem Bimetallstreifen und einer Kontaktfeder angeordnetes Übertragungselement aufweist, das an seinen beiden Enden konusförmig ausgebildet ist. Die Ausnehmung an der Bimetallplatte zur Aufnahme des konusförmigen Endes des Übertragungselementes ist kreisförmig ausgebildet, was ebenfalls mit einer Reibung des konusförmigen Endes in der Ausnehmung verbunden ist.
• Die aus US 51 21 095 A hervorgehende thermische Motorschutzvorrichtung weist einen Übertragungsstift auf, der ein bewegliches Kontaktteil durchsetzt. Die dafür vorgesehene Öffnung im Kontaktteil weist eine quadratische Geometrie auf. Der Übertragungsstift ist in der quadratischen Öffnung fest fixiert.
• Es ist bereits auch angedacht worden, zur Minimierung der Reibung anstelle der Konen schneidenartige Enden des Übertragungselementes vorzusehen und diese in entsprechend geformten Ausnehmungen zu lagern. Dies bedeutet aber, daß das Übertragungselement bei der Montage um seine Längsachse ausgerichtet werden muß, was die Montage verteuert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltverhalten derartiger Schaltvorrichtungen zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die den Konus oder die Konen des Übertragungselementes aufnehmende Ausnehmung bzw. Ausnehmungen so zu dimensionieren, daß sie in Abstehrichtung des Stellelementes bzw. des Federelementes von der Befestigungseinrichtung größer ist/sind als rechtwinklig zur Abstehrichtung.
• Dadurch liegt der runde oder in verkippter Stellung relevante leicht elliptische Konusquerschnitt nicht mehr an einer kreisförmigen Kante der Ausnehmung an, vielmehr kommt es vorteilhafter Weise zu einer punktuellen Anlagerung der Konusseitenflächen auf den Seitenkanten der als Langloch, Ellipse oder Rechteckloch ausgebildeten Ausnehmungen, so daß Reibungen zwischen den Konusflächen und den Kanten der die Konen aufnehmenden Ausnehmungen beim Durchlaufen einer Kippbewegung zwischen Übertragungselement und Betätigungselement bzw. Federelement unterbunden werden. Die Lagerung der Konen in den Ausnehmungen ist vergleichbar mit einer Achs- Schwenklagerung, wobei die Schwenkachse durch die beiden Beaufschlagungspunkte zwischen den Konusflächen und den Seitenkanten der Ausnehmungen verläuft.
• Die Ausnehmungen können entweder als Langloch ausgebildet sein, ebenso kommen Rechtecklöcher oder elliptische Ausnehmungen in Frage.
• Wird die Differenz zwischen der jeweiligen Dimensionierung entlang den Längs- und Querachsen der Ausnehmungen bzw. bei einem Rechteckloch die Differenz zwischen Länge und Breite der Ausnehmung größer bemessen als eine mögliche Fertigungstoleranzabweichung des oder der Konen des Übertragungselementes vom Kreisquerschnitt, ist sichergestellt, daß derartige Fertigungstoleranzabweichungen den angestrebten reibungsreduzierenden Effekt durch die Langlöcher nicht zunichte machen.
• Die sich im wesentlichen gegenüberliegende punktartige Beaufschlagung der Seitenkanten der Langlöcher durch die Konenflächen kann mit Vorteil gleitend ausgebildet sein, d. h. die Beaufschlagung kann entlang der Seitenkanten ausweichen, falls rechtwinkelig dazu ausgebildete Flächenteile der Konenflächen doch einmal bei relativ starker Verkippung zwischen Stellelement und Übertragungselement an die Enden der Langlöcher anlaufen sollten. Das Übertragungselement wird sich dabei im Langloch nach einem ersten Schaltzyklus in der Regel eine mittige Position suchen, die weitgehend reibungsfrei ist.
• Wird die Ausnehmung elliptisch ausgebildet, so wird das Übertragungselement aufgrund der zwischen ihm und den Seitenkanten der Ausnehmungen wirkenden Federkraft die breiteste Stelle der Ellipse als Lagerpunkt bevorzugen. Kommt es dann zu einer Kippbewegung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement, dann rollen die Konenflächen gleichsam auf den Seitenkanten der elliptischen Ausnehmung ab, was ebenfalls nur mit sehr geringen Reibungen verbunden ist.
• Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1:

eine schematische Seitendarstellung einer elektrischen Schaltvorrichtung mit einem Bimetallstreifen in gestreckter Stellung (Schaltkontakt geschlossen);

Fig. 2:

eine schematische Seitendarstellung gemäß Fig. 1 mit einem Bimetallstreifen in gebogener Stellung (Schaltkontakt geöffnet);

Fig.3:

eine schematische Darstellung der Konus-Lagerverhältnisse beim Stand der Technik;

Fig. 4:

eine schematische Darstellung der Konus-Längenverhältnisse gemäß der Erfindung.

• Die in den Zeichnungsfiguren 1 und 2 dargestellte elektrische Schaltvorrichtung 1 umfaßt eine Schaltkontakteinrichtung 2 bestehend aus einem Festkontakt 3 und einem Bewegungskontakt 4, der an einer Kontaktfeder 5 befestigt ist.
• Um die Kontaktfeder 5 zu verschwenken und dadurch die Schaltkontakteinrichtung 2 zu öffnen und zu schließen, ist ein Stellelement 6 in Form eines Bimetallstreifens 7 vorgesehen, dessen Schwenkende 8 mit dem freien Ende 9 der Kontaktfeder 5 über ein Übertragungselement 10 bewegungsgekoppelt ist. Das Übertragungselement 10 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Übertragungsstift, der an beiden Enden Konen 11, 11' aufweist, die in Ausnehmungen 12, 12' des Bimetallstreifens 7 bzw. der Kontaktfeder 5 angeordnet sind.
• Darüber hinaus zeigen Fig. 1 und Fig. 2 noch eine Befestigungseinrichtung 13 aus übereinandergelegten Isolierscheiben, an der die Festenden der Kontaktfeder 5 und des Bimetallstreifens 7 sowie der Festkontakt 3, Anschlußkontakte 14, und ein Haltearm 15 für eine Einstellvorrichtung 16 befestigt sind.
• Fig. 3 zeigt nun die Verhältnisse im Konuslagerbereich, wie sie beim Stand der Technik vorherrschen. Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf den Bimetallstreifen 7. Die Ausnehmung 12, die den Konus 11 aufnimmt, ist rund. Dies bedeutet, daß die beiden in Figur 3b sichtbaren Kanten 20 in die Flächen des Konus 11 beaufschlagen und Reibungen verursachen, sobald sich der Schwenkwinkel α vergrößert.
• Bei dem in Zeichnungsfigur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ausnehmung als Rechteckausnehmung ausgebildet, ein runder Konus 11 wird demnach nur die Seitenkanten 25 der Ausnehmung 12 beaufschlagen, die Längskanten 26 hingegen bleiben frei. Erfindungstragend ist das Merkmal, daß die Ausnehmung 12 in Längserstreckungsrichtung 27 des Bimetallstreifens 7 größer bemessen ist als in Querrichtung dazu. Neben einer Ausbildung als Rechteckloch, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, kommen auch Ausnehmungen 12, 12' in Form eines Langloches oder einer Ellipse in Frage.
• Das Verhältnis von Länge D zu Breite d der Ausnehmung 12, 12' bzw. das Verhältnis der jeweiligen Dimensionierung von Längs- D und Querachse d einer elliptischen Ausnehmung oder eines Langloches genügt etwa der Formel $$D=\frac{d}{\cos \mathit{\alpha }}$$

  

  
  wobei α der Winkel ist, der die Längsachse der Konen 11, 11' von dem Lot auf die durch die Ausnehmung aufgespannte Fläche abweicht, wenn der Bimetallstreifen 7 auslenkt.

Claims (11)

1. Elektrische Schaltvorrichtung (1), insbesondere Temperaturregler, Temperaturbegrenzer, mit

   - einer einen Fest (3) - und Bewegungskontakt (4) aufweisenden Schaltkontakteinrichtung (2),

   - einem Stellelement (6) zum Überführen des Bewegungskontaktes (4) der Schaltkontakteinrichtung (2) von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und umgekehrt,

   - einem an mindestens einem Ende einen Konus (11, 11') aufweisenden Übertragungselement (10), der in einer Ausnehmung (12, 12') eines mit dem Bewegungskontakt (4) verbundenen Federelementes (5) und/oder des Stellelementes (6) angeordnet ist sowie

   - einer Befestigungseinrichtung (13), an der der Festkontakt (3), das Federelement, sowie das Stellelement (6) befestigt sind,

   dadurch gekennzeichnet, daß
   die den Konus (11, 11') aufnehmende Ausnehmung (12, 12') so dimensioniert ist, daß sie in Abstehrichtung des Stellelementes (6) oder des Federelementes (5) von der Befestigungseinrichtung (13) größer ist als rechtwinklig zur Abstehrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   das Stellelement (6) in an sich bekannter Weise als Bimetallstreifen (7) ausgebildet ist, der mit seinem Befestigungsende an der Befestigungeinrichtung (13) angeordnet ist und an seinem Schwenkende (8) mit der den Konus (11) des Übertragungselementes (10) aufnehmenden Ausnehmung versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   das mit dem Bewegungskontakt (4) zusammenwirkende Federelement (5) als langgestreckte Kontaktfeder ausgebildet ist, die an ihrem verschwenkbaren freien Ende (9) an das Schwenkende (8) des Bimetallstreifens (7) gekoppelt ist und zur Aufnahme eines Konus (11') des Übertragungselementes (10) mit einer Ausnehmung (12') versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Ausnehmung (12, 12') in dem Stellelement (6) und/oder dem Federelement (5) als Langloch ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Ausnehmungen (12, 12') als Rechteckloch ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche1 - 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Ausnehmungen (12, 12') als Ellipse ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Differenz zwischen der Dimensionierung der Ausnehmung (12, 12') entlang der Längsachse und der Dimensionierung der Ausnehmung (12, 12') entlang der Querachse der Ausnehmung (12, 12') bzw. bei einem Rechteckloch die Differenz zwischen Länge D und Breite d der Ausnehmung (12, 12') größer bemessen ist als eine mögliche Fertigungstoleranzabweichung des oder der Konen (11, 11') des Übertragungselementes (10) vom Kreisquerschnitt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Konenflächen die Seitenkanten (25) der Ausnehmung (12, 12') im wesentlichen punktartig beaufschlagen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die sich im wesentlichen gegenüberliegende punktartige Beaufschlagung der Seitenkanten (25) der Ausnehmung (12, 12') durch die Konenflächen entlang der Seitenkanten gleitend ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Seitenkanten (25) der Ausnehmung (12, 12')als Gleitkanten ausgebildet sind, insbesondere geglättet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verhältnis von Länge D zu Breite d der Ausnehmung (12, 12') bzw. das Verhältnis der Dimensionierung entlang von Längs- D und Querachse d der Ausnehmung etwa der Formel $$D=\frac{d}{\cos \mathit{\alpha }}$$

    

    genügt, wenn α der Kippwinkel zwischen der Fläche der Ausnehmung und der Längsachse des Übertragungselementes (10) ist.

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