WO2001078098A1 - Elektrische schaltvorrichtung - Google Patents

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WO2001078098A1
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Udo Stenzel
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Thermostat- und Schaltgerätebau GmbH & Co. KG
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device, in particular in the form of a temperature controller, temperature limiter or the like.
  • Such switching devices essentially consist of a switching contact device with a fixed contact and a moving contact.
  • an actuating element is provided in order to move the movement contact of the switch contact device from a closed position into an open position and vice versa.
  • the coupling of the movement contact to the movement of the actuating element is carried out by a transmission element, which can be designed, for example, as a transmission pin.
  • At least one end of the transmission element has a cone which is arranged in a recess of a spring element connected to the movement contact and / or in the actuating element. All the parts mentioned are arranged on a fastening device.
  • Such an electrical switching device is known for example from DE 37 35 334.
  • an elongated bimetal strip and a snap spring, to which the movement contact is attached run essentially parallel. If both parts perform a coupled pivoting movement, there is a parallelogram-like displacement between the actuating element, the spring element and the pin-like transmission element. This leads to a tilting movement of the conical ends of the transmission element in the recesses assigned to them, which is associated with a not inconsiderable friction of the cones in the recesses. Such friction has been found to be disadvantageous for the switching function and in particular the switching difference of such switching devices.
  • DE 82 15 108 U1 shows a temperature control switch which has a transmission element which is arranged between a bimetallic strip and a contact spring and which is conical at its two ends.
  • the recess on the bimetallic plate for receiving the conical end of the transmission element is circular, which is also associated with friction of the conical end in the recess.
  • the thermal motor protection device resulting from US 51 21 095 A has a transmission pin which passes through a movable contact part.
  • the opening provided for this purpose in the contact part has a square geometry.
  • the transfer pin is firmly fixed in the square opening.
  • the invention has for its object to improve the switching behavior of such switching devices. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
  • the round or slightly elliptical conical cross-section which is relevant in the tilted position, no longer bears against a circular edge of the recess, but rather there is advantageously a punctiform accumulation of the cone side surfaces on the side edges of the recesses designed as an elongated hole, ellipse or rectangular hole, so that friction between the conical surfaces and the edges of the recesses receiving the cones are prevented when they undergo a tilting movement between the transmission element and the actuating element or spring element.
  • the mounting of the cones in the recesses is comparable to an axis pivot bearing, the pivot axis running through the two points of action between the cone surfaces and the side edges of the recesses.
  • the recesses can either be designed as an elongated hole, rectangular holes or elliptical recesses are also possible.
  • the difference between the respective dimensioning along the longitudinal and transverse axes of the recesses or, in the case of a rectangular hole, the difference between the length and width of the recess is larger than a possible manufacturing tolerance deviation of the cone or cones of the transmission element from the circular cross section, it is ensured that such
  • Side edges of the elongated holes through the cone surfaces can advantageously be designed to slide, that is to say the loading can dodge along the side edges, if surface parts of the cone surfaces formed at right angles thereto but should start at the ends of the elongated holes with a relatively strong tilt between the control element and the transmission element.
  • the transmission element will usually look for a central position in the slot after a first switching cycle, which is largely free of friction.
  • the transmission element will prefer the widest point of the ellipse as the bearing point due to the spring force acting between it and the side edges of the recesses. If there is then a tilting movement between the actuating element and the transmission element, the cone surfaces roll, so to speak, on the side edges of the elliptical recess, which is also associated with very little friction.
  • Fig. 1 a schematic side view of an electrical
  • Switching device with a bimetal strip in the extended position (switch contact closed);
  • FIG. 2 a schematic side view according to FIG. 1 with a
  • Fig. 4 a schematic representation of the cone-length relationships according to the invention.
  • the electrical switching device 1 shown in the drawing figures 1 and 2 comprises a switching contact device 2 consisting of a fixed contact 3 and a movement contact 4 which is fastened to a contact spring 5.
  • an actuating element 6 in the form of a bimetallic strip 7 is provided, the pivoting end 8 of which is motionally coupled to the free end 9 of the contact spring 5 via a transmission element 10.
  • the transmission element 10 is a transmission pin which has cones 11, 11 'at both ends, which are arranged in recesses 12, 12' of the bimetal strip 7 or the contact spring 5.
  • Fig. 1 and Fig. 2 still show a fastening device 13 of superimposed insulating washers, on which the fixed ends of the contact spring 5 and the bimetallic strip 7 and the fixed contact 3, connecting contacts 14, and a holding arm 15 for an adjusting device 16 are attached.
  • Fig. 3 shows the conditions in the cone bearing area as they prevail in the prior art.
  • 3a shows a top view of the bimetallic strip 7.
  • the recess 12, which receives the cone 11, is round. This means that the two edges 20 visible in FIG. 3b act on the surfaces of the cone 11 and cause friction as soon as the swivel angle ⁇ increases.
  • the recess is designed as a rectangular recess, a round cone 11 is therefore only applied to the side edges 25 of the recess 12, while the longitudinal edges 26 remain free.
  • the feature of the invention is that the recess 12 in the longitudinal extension 27 of the bimetal strip 7 is dimensioned larger than in the transverse direction.
  • recesses 12, 12 'in the form of an elongated hole or an ellipse can also be used.
  • the ratio of the length D to the width d of the recess 12, 12 'or the ratio of the respective dimensioning of the longitudinal D and transverse axis d of an elliptical recess or of an elongated hole roughly satisfies the formula
  • ⁇ is the angle that the longitudinal axis of the cones 11, 11 'deviates from the solder on the surface spanned by the recess when the bimetallic strip 7 deflects.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung (1), insbesondere Temperaturregler, Temperaturbegrenzer und dgl., bestehend im wesentlichen aus einer einen Fest- (3) und Bewegungskontakt (4) aufweisenden Schaltkontakteinrichtung (2), einem Stellelement (6) zum Überführen des Bewegungskontaktes (4) der Schalteinrichtung (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 und/oder des Stellelements (6) angeordnet ist sowie einer Befestigungseinrichtung (13), an der der Festkontakt (3), das Federelement, sowie das Stellelement (6) befestigt sind, wobei die Dimensionierung der den Konus (11) oder die Konen (11, 11") aufnehmenden Ausnehmung (12), bzw. Ausnehmungen (12") in Abstehrichtung des Stellelementes (6) bzw. des Federelementes von der Befestigungseinrichtung (13) größer ist als rechtwinkelig zur Abstehrichtung.

Description

BESCHREIBUNG
Elektrische Schaltvorrichtung
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 Ul 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 Ubertragungs element 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 Rechte ckausnehmung 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 Längserstreckungsnchtung 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 Ausnehm ung oder eines Langloches genügt etwa der Formel
D cos a
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

PATENTANSPRÜCHE
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) angeo rdnet 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 Ausnehm ung 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
Ubertragungs elementes (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 Ansprüchel - 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.
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.
1. 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 Ausnehm ung etwa der Formel
D = cos
genügt, wenn α der Kippwinkel zwischen der Fläche der Ausnehmung und der Längsachse des Übertragungselementes (10) ist.
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