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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter,
mit einem Gehäuse,
an dem ein erster und ein zweiter Außenanschluss vorgesehen sind,
einem das Gehäuse
an seiner Oberseite verschließenden,
elektrisch leitenden Deckelteil, das unmittelbar mit dem ersten
Außenanschluss
verbunden ist, und einem in dem Gehäuse angeordneten temperaturabhängigen Schaltwerk, das
in Abhängigkeit
von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Außenanschluss
herstellt, wobei das Schaltwerk ein Federteil, das an seinem ersten
Ende mit dem einen Außenanschluss
in elektrischer Verbindung steht und an seinem zweiten Ende ein
bewegliches Kontaktteil trägt,
das mit dem zweiten Außenanschluss
zusammenwirkt, sowie ein Bimetallteil aufweist, das in Abhängigkeit
von seiner Temperatur das bewegliche Kontaktteil elektrisch von
dem zweiten Außenanschluss
trennt.
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Der
bekannte Schalter besteht aus einem Kunststoffträger, der einen Hohlraum für ein aus
einer Feder und einer Bimetallzunge bestehendes Schaltwerk bildet,
wobei der Hohlraum oben und unten über eine Metallplatte verschlossen
ist, an der jeweils ein Außenanschluss
einstückig
ausgebildet ist.
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Die
Feder ist einseitig an dem Kunststoffträger eingespannt, wobei an der
Feder die Bimetallzunge eingespannt ist.
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An
einer der den Hohlraum verschließenden Metallplatten ist ein
fester Gegenkontakt angeordnet, der mit einem beweglichen Kontakt
an dem vorderen freien Ende der Feder zusammenwirkt. Auf diese Weise
fließt
der zu schaltende Strom bei geschlossenem Schalter durch die Feder.
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Darüber hinaus
ist aus der
US 5,337,036
A eine Feder mit einem elektrisch leitenden Rahmen bekannt,
der mit einer lose eingelegten Bimetallscheibe zusammenwirkt. Diese
Bimetallscheibe ist an einer unteren Elektrode des bekannten Schalters positioniert.
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Ein
aus der
EP 0 858 090
A2 bekannter Schalter besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse aus
Isoliermaterial, in das ein temperaturabhängiges Schaltwerk eingesetzt
ist. Das Schaltwerk umfasst ein Federteil mit einer Federscheibe
als freiem Ende, die etwa mittig ein bewegliches Kontaktteil trägt, an dem
ferner eine Bimetall-Schnappscheibe
angeordnet ist. An der Federscheibe ist als festes Ende des Federteiles
seitlich ein Halteansatz vorgesehen, der mittels eines Zapfens auf
einer an dem Unterteil des Gehäuses
vorgesehenen Bodenelektrode befestigt ist.
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Das
bewegliche Kontaktteil arbeitet mit einem festen Gegenkontakt zusammen,
der innen an dem Deckelteil des Gehäuses als Deckelelektrode vorgesehen
ist. Boden elektrode und Deckelelektrode weisen jeweils einen Außenanschluss
auf, in den das abisolierte Ende eines Anschlussdrahtes eingelegt
ist.
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Die
Federscheibe liegt mit ihrem Randbereich, der nicht durch den Halteansatz
belegt ist, auf einer inneren, vorspringenden Schulter auf, die
innen an dem Gehäuseunterteil
vorgesehen ist.
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In
Abhängigkeit
von der Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe liegt das bewegliche
Kontaktteil an dem festen Gegenkontakt an, so dass über den
festen Gegenkontakt, das bewegliche Kontaktteil, die Federscheibe
und den Halteansatz eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
den beiden Außenanschlüssen hergestellt
wird.
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Erhöht sich
die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe über ihre Ansprechtemperatur hinaus,
so springt sie von ihrer konvexen in eine konkave Form um, in der
sie sich mit ihrem Rand an dafür
vorgesehenen Schultern und Anschlägen im oberen Gehäuseteil
abstützt,
wobei sie das bewegliche Kontaktteil gegen die Kraft der Federscheibe
von dem festen Gegenkontakt abhebt. Dazu ist es erforderlich, dass
die Bimetall-Schnappscheibe die Federscheibe durchdrückt, so
dass auch diese von ihrer konvexen in die konkave Form übergeht.
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Bei
dem bekannten Schalter ist das temperaturabhängige Schaltwerk eine unverlierbare
Einheit aus dem durch Federscheibe und Halteansatz gebildeten Federteil,
der Bimetall-Schnappscheibe sowie dem beweglichen Kontaktteil.
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Aus
der
AT 307 770 B ist
ein temperaturabhängiger
Schalter bekannt, bei dem ein topfförmiges Gehäuseunterteil aus Metall mit
einem Deckel aus Isoliermaterial verschlossen ist. In dem so gebildeten Gehäuse ist
ein Bimetall-Schaltwerk aus einer Bimetall-Schnappscheibe und einem
Federteil angeordnet, das einen kreisförmigen Rahmen sowie eine sich von
diesem nach innen erstreckende Federzunge aufweist, an deren freiem
Ende ein bewegliches Kontaktteil angeordnet ist. Das bewegliche
Kontaktteil arbeitet mit einem festen Gegenkontakt zusammen, der
zentrisch an dem Deckelteil angeordnet ist. Die Bimetall-Schnappscheibe
ist fest mit der Federzunge verbunden und hebt bei Überschreiten
der Ansprechtemperatur das bewegliche Kontaktteil von dem festen
Gegenkontakt ab, mit dem es ansonsten in Anlage ist.
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Die
insoweit beschriebenen temperaturabhängigen Schalter und Schaltwerke
dienen dazu, ein elektrisches Gerät vor zu hoher Temperatur zu
schützen.
Zu diesem Zweck wird der Versorgungsstrom für das zu schützende Gerät durch
den temperaturabhängigen
Schalter bzw. das temperaturabhängige Schaltwerk
geleitet, wobei der Schalter bzw. das Schaltwerk thermisch an das
zu schützende
Gerät angekoppelt
sind. Bei einer durch die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe
vorgegebenen Ansprechtemperatur öffnet
das jeweilige Schaltwerk dann den Stromkreis, indem das bewegliche
Kontaktteil von dem festen Gegenkontakt abgehoben wird.
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Bei
allen insoweit beschriebenen Schaltwerken ist von Vorteil, dass
der abzuschaltende Strom nicht unmittelbar über die Bimetall-Schnappscheibe fließt, sondern über das
Federteil geleitet wird. Auf diese Weise wird die Eigenerwärmung der
Bimetall-Schnappscheibe
reduziert, obwohl immer noch durch die Eigenerwärmung des Federteiles Hitze
im Inneren der Schalter entsteht, so dass zusätzlich zu der von außen zugeführten Wärme des
zu schützenden
Gerätes
auch diese Eigenerwärmung
das Schaltverhalten mit beeinflusst.
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Während bei
den insoweit beschriebenen Schaltern und Schaltwerken die Eigenerwärmung der
Federteiles unerwünscht
ist, sind auch Schalter bekannt, bei denen zusätzlich ein Reihenwiderstand vorgesehen
ist, der sich durch den fließenden
Strom des zu schützenden
Gerätes
in definierter Weise erwärmt.
Bei zu hohem Stromfluss heizt sich dieser Widerstand so weit auf,
dass die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe erreicht wird. Neben
der Überwachung
der Temperatur des Gerätes
kann auf diese Weise auch der fließende Strom mit überwacht werden,
der Schalter hat also eine definierte Stromabhängigkeit.
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Damit
ein derartiger Schalter nach dem Abkühlen des Gerätes bzw.
des Reihenwiderstandes nicht wieder schließt, ist es ferner bekannt,
parallel zu dem temperaturabhängigen
Schaltwerk einen weiteren Widerstand, vorzugsweise einen PTC-Widerstand,
vorzusehen, der bei geschlossenem temperaturabhängigem Schaltwerk durch dieses
elektrisch kurzgeschlossen ist. Wenn das Schaltwerk jedoch öffnet, übernimmt
der Parallelwiderstand einen Teil des bisher fließenden Stromes
und erwärmt
sich dabei so weit, dass er hinreichend Wärme erzeugt, um die Bimetall-Schnappscheibe
auf einer Temperatur zu halten, die oberhalb der Ansprechtemperatur
liegt. Dieser Vorgang wird Selbsthaltung genannt, er verhindert,
dass sich ein temperaturabhängiger
Schalter unkontrolliert wieder schließt, wenn das zu schützende Gerät sich in
Folge der Stromabschaltung wieder abgekühlt hat.
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Bei
den soweit beschriebenen Schaltern und Schaltwerken sind Reihenwiderstand
und Parallelwiderstand gesondert vorzusehen, was mit entsprechendem
Aufwand verbunden ist.
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Andererseits
ist bei diesen Konstruktionen auch von Nachteil, dass sie kompliziert
und aus vielen Bauteilen aufgebaut sind, wobei insbesondere wegen
der runden Federscheiben eine hohe Produktionsgenauigkeit erforderlich
ist, denn die runden Scheiben brauchen eine genaue Auflagefläche am jeweiligen
Rand. Aus diesem Grund sind die Gehäuse häufig als Drehteile gefertigt,
um für
genaue Auflageflächen
zu sorgen. Die geringen Auflageflächen zwischen den Federscheiben
und den Auflagerändern
führen
dabei jedoch zu unerwünscht
hohen Übergangswiderständen, wobei
die Federteile sich selbst häufig
unerwünscht
stark aufheizen, so dass immer auch eine gewisse Stromabhängigkeit
vorhanden ist.
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Ein
weiterer Nachteil bei diesen Schaltern liegt darin, dass sie nur
geringe Stromstärken
schalten können.
Höhere
Ströme
würden
beim Öffnen
des Schalters zur Ausbildung von Lichtbögen und zu Funkenflug führen, was
zu unerwünschtem
Kontaktabbrand sowie bei zu geringem Kontaktabstand im geöffneten
Zustand sogar dazu führt,
dass der Lichtbogen nicht oder nicht schnell gelöscht wird, sodass noch ein
unerwünscht
hoher Reststrom fließen
kann. Ferner besteht dabei die Gefahr, dass der Funkenflug die Bimetall-Schnappscheibe
beschädigt
bzw. zu einem schnellen Altern der Bimetall-Schnappscheibe führt, was
beides eine unerwünschte
Schaltpunktverschiebung bewirken kann.
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Auch
die Verbindung zwischen dem Federteil und dem ersten Außenanschluss
lässt hohe
Ströme
nicht zu, denn die konstruktionsbedingt mögliche Vernietung oder Klemmverbindung
zwischen Außenanschluss
und festem Ende des Federteiles führen wegen des verbleibenden Übergangswiderstandes nicht
zu auch bei hohen Strömen
noch sicheren Verbindungen. Es kommt vielmehr zu Überschlägen an nicht
vollflächig
und eng anliegenden Bereichen der verbundenen Metallteile, was zu
Kontaktabbrand und dadurch im Verlaufe des Betriebes zu weiter verschlechterten Übergangswiderständen führt.
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Zum
Schalten von höheren
Strömen
bis zu bspw. 10 Ampère
werden daher temperaturabhängige
Schalter mit einer Kontaktbrücke
verwendet, wie sie in der
DE
26 44 411 A1 sowie der
DE 197 08 436 A1 beschrieben sind. Diese
Schalter weisen zwei feste Gegenkontakte sowie zwei bewegliche Kontaktteile
auf, die über
eine Kontaktbrücke
miteinander verbunden sind. Die Bimetall-Schnappscheibe ist auf der
von den festen Gegenkontakten abgelegenen Seite der Kontaktbrücke angeordnet
und somit vor möglichem
Funkenflug geschützt.
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Diese
Schalter sind jedoch kompliziert aufgebaut und schwer zusammenzubauen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zwei Schaltkontaktpaare aus
Kontaktteil und Gegenkontakt benötigt
werden. Da diese Kontaktteile und Gegenkontaktteile wegen der hohen
Schaltströme
sehr maßhaltig
sein müssen und
nur als teuere Drehteile gefertigt werden können, sind die bekannten Schalter
auch aus diesem Grund sehr kostenintensiv. Bei der Montage muss
ferner dafür
gesorgt werden, dass beide beweglichen Kontaktteile genau gegenüber den
festen Gegenkontakten zu liegen kommen. Auch dies führt zu hohen
Anforderungen sowohl an die Maßhaltigkeit
der diversen Einzelteile als auch an die Qualität der Montage selbst.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, den eingangs erwähnten
temperaturabhängigen
Schalter derart weiterzubilden, dass er bei konstruktiv einfachem Aufbau
hohe Stromstärken
sicher schalten kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei dem eingangs erwähnten
temperaturabhängigen Schalter
dadurch gelöst,
dass das Federteil an seinem ersten Ende unverlierbar fest mit dem
Deckelteil verbunden ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen
gelöst.
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Weil
das Deckelteil selbst elektrisch leitend ist, kann das Federteil
unmittelbar und großflächig mit
ihm verbunden werden. Dies ermöglicht
einen guten Kontakt mit sehr geringem Übergangswiderstand, über den
hohe Ströme
im Bereich von bspw. 10 Ampère
geleitet werden können.
Ferner kann so für
einen großen
Schaltweg des beweglichen Kontaktteils in dem Gehäuse gesorgt
werden, so dass ein eventuell entstehender Lichtbogen schnell und
zuverlässig
gelöscht
wird.
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Da
das Federteil ferner unverlierbar mit dem Deckelteil verbunden ist,
bspw. durch Kleben, Löten oder
Schweißen,
gestaltet sich auch der Zusammenbau des neuen Schalters einfach
und sicher. In der Vormontage können
Deckelteil und Federteil sicher und fest miteinander verbunden werden,
so dass schon hier für
einen geringen Übergangswiderstand gesorgt
wird. Erst danach wird das Deckelteil auf das Gehäuse aufgesetzt,
wodurch gleichzeitig das Federteil eingebracht und positioniert
wird.
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Es
wird auch nur ein Schaltkontaktpaar aus beweglichem Kontaktteil
und festem Gegenkontakt benötigt,
was Kosten und Montageaufwand spart. Kontaktteil und Gegenkontakt
können
hochpräzise Drehteile
sein, es können
aber auch anderweitig hergestellte Teile verwendet werden.
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In
einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn ein das Gehäuse an seiner
Unterseite verschließendes
Bodenteil vorgesehen ist, das vorzugsweise elektrisch leitend und
unmittelbar mit dem zweiten Außenanschluss
verbunden ist.
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Hier
ist von Vorteil, dass der neue Schalter nur aus wenigen Teilen besteht
und leicht zu montieren ist. Ferner lässt diese Maßnahme einen
großen Schaltweg
für das
bewegliche Kontaktteil zu, was die Schaltsicherheit bei hohen Strömen weiter
verbessert.
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Es
ist andererseits auch möglich,
das Gehäuse
topfartig auszubilden, so dass es an seiner Unterseite geschlossen
ausgebildet ist, und eine Bodenelektrode einzulegen oder mit dem
Gehäuse
zu umspritzen, wie dies in der
DE
196 09 310 beschrieben ist. Ein gesondertes Bodenteil bietet
jedoch den Vorteil, dass vor der Montage des Bodenteiles an dem
Gehäuse
ein fester Gegenkontakt sehr einfach aufgeschweißt werden kann.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse einen
massiven Grundblock umfasst, in dem zumindest ein Aufnahmeraum für das temperaturabhängige Schaltwerk
vorgesehen ist, wobei der Grundblock durch das als erstes flächiges Metallteil
ausgebildete Bodenteil sowie das als zweites flächiges Metallteil ausgebildete
Deckelteil verschlossen ist, wobei Deckelteil und Bodenteil vorzugsweise
durch Bördelränder an
dem Grundblock festgelegt sind.
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Diese
Maßnahmen
sind konstruktiv von Vorteil, der neue Schalter besteht aus sehr
wenigen Bauteilen, die sich zudem leicht herstellen und montieren lassen.
Die flächigen
Metallteile haben dabei den weiteren Vorteil, dass sie eine sehr
gute thermische Anbindung des Schalters an das in seiner Temperaturentwicklung
zu überwachende
Gerät erlauben. Ferner
ist ein derart hergestellter Schalter sehr druckstabil. Durch die
Bördelränder, mit
denen die Metallteile an dem Grundblock festgelegt werden, wird schließlich dafür gesorgt,
dass das Innere des Schalters gegen den Eintrag von Feuchtigkeit
und Verschmutzung geschützt
ist. Schließlich
ist das Verbördeln
bspw. durch Heißverpressen,
Ultraschall oder UV- bzw. IR-Bestrahlung ein sehr einfach, schnell und
sicher durchzuführender
Vorgang, was die Konfektionierung des neuen Schalters weiter erleichtert.
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Dabei
ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse zumindest
teilweise aus Isolationsmaterial, vorzugsweise aus wärmeleitendem
Kunststoff oder Keramik gefertigt ist.
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Hier
ist von Vorteil, dass Deckelteil und Bodenteil bei der Montage sozusagen
automatisch gegeneinander isoliert werden, auf zusätzliche
Isolierscheiben, wie sie im Stand der Technik häufig gerade bei Schaltern für hohe Ströme benötigt werden,
kann verzichtet werden.
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Andererseits
ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse
zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise
aus PTC-Material, gefertigt ist, das elektrisch sowohl mit dem ersten
Außenanschluss
als auch mit dem zweiten Außenanschluss
in Verbindung steht.
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Zusätzlich zu
den oben erwähnten
Vorteilen der automatischen Isolierung wird auf diese Weise für die Selbsthaltefunktion
gesorgt, ohne dass ein zusätzlicher
Parallel widerstand vorgesehen werden muss, denn dieser wird durch
das Gehäuse
selbst gebildet.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn das Federteil eine Federzunge umfasst, die
an ihrem ersten Ende einstückig
mit einem elektrisch leitenden Querblech verbunden ist, das mit
dem Deckelteil verbunden ist, wobei das Querblech vorzugsweise einstückig an
einem elektrisch leitenden Rahmen ausgebildet ist, der flächig an
dem Deckelteil anliegt und mit diesem zumindest punktweise fest
verbunden, vorzugsweise verschweißt ist, wobei weiter vorzugsweise
an dem Gehäuse
eine umlaufende Schulter ausgebildet ist, auf der das Deckelteil
unter Zwischenlage des Rahmens aufliegt.
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Diese
Maßnahmen
verstärken
die bisher erwähnten
Vorteile noch einmal. Zum einen ist der Übergangswiderstand zwischen
Rahmen bzw. Federzunge und Deckelteil extrem gering, da ein großer Kontaktbereich
mit guter und fester Verbindung vorgesehen ist. Ferner weist das
Federteil eine relativ große
Masse auf, so dass es sich auch bei hohen Schaltströmen nur
geringfügig
erwärmt,
was wiederum zu einer guten Schaltpunktstabilität beiträgt, da die Eigenerwärmung vernachlässigbar
ist.
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Zum
anderen ist die Zahl der erforderlichen Bauteile denkbar niedrig,
wobei es wegen der gewählten
Konstruktion ausreicht, wenn der Rahmen punktuell an dem Deckelteil
befestigt ist. Ein großflächiges Verschweißen oder
Verkleben ist nicht erforderlich, was die Montage weiter erleichtert.
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Schließlich ist
es bevorzugt, wenn die Federzunge an ihrem zweiten, freien Ende
das bewegliche Kontaktteil trägt,
und auf dem Bodenteil ein fester Gegenkontakt angeordnet ist.
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Hier
ist von Vorteil, dass bei dem neuen Schalter das Schaltkontaktpaar über präzise zu
fertigende Drehteile realisiert wird, was ein sicheres Schalten
hoher Ströme
ermöglicht.
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Allgemein
ist es bevorzugt, wenn das Bimetallteil lose neben dem beweglichen
Kontaktteil in einem zum Deckelteil offenen Aufnahmeraum in dem Gehäuse angeordnet
ist, wobei das Bimetallteil vorzugsweise auf einen Betätigungsabschnitt
der Federzunge einwirkt, der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten
Ende der Federzunge liegt, und weiter vorzugsweise der Betätigungsabschnitt
der Federzunge eine auf das Bimetallteil zu weisende Kalotte umfasst.
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Bei
diesen Maßnahmen
ist zum einen von Vorteil, dass das Bimetallteil außerhalb
des Bereiches der Schaltkontakte liegt, also vor möglichen Lichtbogen
oder Funkenflug geschützt
angeordnet ist. Weil das Bimetallteil auf die Kalotte einwirkt,
ist auch mit einfacheren Bimetallteilen, die nicht als präzise und
damit teure Bimetall-Schnappscheibe ausgebildet sein müssen, ein
sicheres Schalten möglich. Ferner
sorgt die Kalotte für
einen großen
Schaltweg des beweglichen Kontaktteiles. All dies trägt weiter dazu
bei, dass der neue Schalter hohe Ströme sicher schalten kann und
dennoch einfach aufgebaut ist.
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Schließlich ist
aber auch die Montage des neuen Schalters noch einmal vereinfacht,
denn das Bimetallteil muss nicht vor dem Einlegen des Schaltwerkes
an dem beweglichen Kontaktteil oder der Federzunge befestigt werden,
es wird lediglich in das Gehäuse
eingelegt. Dies erspart Arbeitsgänge,
die zudem zeitaufwändig
und kompliziert sind.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn in dem Gehäuse eine Durchgangsbohrung
vorgesehen ist, in der das bewegliche Kontaktteil angeordnet ist,
wobei bevorzugt zwischen Aufnahmeraum und Durchgangsbohrung ein
Steg vorgesehen ist, der das Bimetallteil seitlich fixiert und gegenüber dem
beweglichen Kontaktteil abschirmt.
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Dies
trägt zu
einer noch besseren Abschirmung des Bimetallteils gegenüber dem
Schaltkontaktpaar bei.
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Insgesamt
ist es bevorzugt, wenn in dem Grundblock eine sich von dem ersten
zu dem zweiten flächigen
Metallteil erstreckende Durchgangsbohrung vorgesehen ist, in die
sich seitlich die Federzunge mit dem beweglichen Kontaktteil hineinerstreckt, wenn
in der Durchgangsbohrung auf dem zweiten Metallteil ein fester Gegenkontakt
angeordnet ist, und wenn zwischen dem Aufnahmeraum und der Durchgangsbohrung
ein Steg vorgesehen ist.
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Auch
dies trägt
zu einer besseren Abschirmung des Bimetallteils bei.
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Der
neue Schalter besteht in seiner bevorzugten Ausgestaltung ausschließlich aus
dem Grundblock, dem ersten und dem zweiten Metallteil, dem mit dem
ersten Metallteil fest verbundenen einstückigen Federteil aus Rahmen
und Federzunge, dem festen Gegenkontakt, dem beweglichen Kontaktteil
sowie dem Bimetallteil.
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Hier
ist von Vorteil, dass der neue Schalter aus lediglich sieben Bauteilen
aufgebaut ist, die sich zudem schnell, einfach und sicher montieren
lassen. Nach der Fertigung der sieben Einzelteile werden das bewegliche
Kontaktteil an der Federzunge und der feste Gegenkontakt an dem
Bodenteil montiert. Danach wird das Federteil an das Deckelteil
angeschweißt.
Jetzt wird die Unterseite des Gehäuse-Grundblocks mit dem Bodenteil
verschlossen. Danach wird das Bimetallteil eingelegt und dann die Oberseite
des Grundblockes mit dem Deckelteil verschlossen, wobei gleichzeitig
das Federteil mit eingelegt und positioniert wird.
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Ferner
ist der neue Schalter aufgrund dieser Konstruktion zum sicheren
Schalten auch hoher Stromstärken
im Bereich von 10 Ampère
und mehr geeignet.
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Insgesamt
ist es bevorzugt, wenn dabei Deckelteil, Bodenteil und Federteil
einstückige
Stanzteile sind.
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Diese
Maßnahmen
tragen zu einem preiswerten Schalter bei.
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Schließlich ist
es noch bevorzugt, wenn geometrisch zwischen dem Bimetallteil und
dem Federteil eine Keramikscheibe vorgesehen ist.
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Bei
dieser Maßnahme
ist von Vorteil, dass das Bimetallteil noch besser vor Funkenflug
etc. geschützt
wird, so dass der Schalter insgesamt zum Schalten noch höherer Spannungen,
Leistungen und Ströme
verwendet werden kann.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten
Zeichnung.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung des neuen Schalters in schematischer Ansicht
von oben;
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2 eine
Explosionsdarstellung des Schalters aus 1 in schematischer
Ansicht von unten;
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3 eine
Darstellung des zusammengebauten Schalters aus 1,
in einer seitlichen Schnittdarstellung, wobei das Schaltkontaktpaar
geschlossen ist;
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4 eine
Darstellung wie in 3, jedoch bei geöffnetem
Schaltkontaktpaar;
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5 eine
schematische Seitenansicht des Federteils aus 2;
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6 eine
Draufsicht auf das Federteil aus 5 von unten;
und
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7 den
Schalter in einer Darstellung wie in 3, jedoch
mit zusätzlicher
Keramikscheibe zum Schutz der Bimetallscheibe.
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In 1 ist
eine Explosionsdarstellung eines temperaturabhängigen Schalters 10 in
schematischer Ansicht von oben gezeigt. Der Schalter 10 weist
ein Gehäuse 11 aus
Isoliermaterial oder PTC-Material auf, das an seiner Oberseite von
einem elektrisch leitenden Deckelteil 12 sowie an seiner
Unterseite von einem elektrisch leitenden Bodenteil 14 verschlossen
wird.
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Deckelteil 12 und
Bodenteil 14 sind als flächige Metallteile 15 bzw. 16 ausgestanzt
und einstückig mit
einem ersten bzw. zweiten Außenanschluss 17 bzw. 18 verbunden.
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Die
Außenanschlüsse 17 und 18 sind
als Klemmteile ausgebildet, die im Querschnitt U-förmig ausgebildet
sind. In diese Klemmteile werden abisolierte Enden von Anschlussdrähten eingelegt,
die dann durch Umbiegen der Seitenwände der Außenanschlüsse 17 bzw. 18 fest
angeschlossen werden.
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Das
Gehäuse 11 umfasst
einen massiven Grundblock 19 mit einer oberen umlaufenden
Schulter 21, auf der das Deckelteil 12 zu liegen
kommt. Auf der Schulter 21 ist ein Zapfen 22 ausgebildet,
auf dem ein Durchgangsloch 23 in dem Deckelteil 12 positioniert
wird.
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Die
Schulter 21 wird von einem umlaufenden Rand 24 begrenzt,
der im Bereich des Zapfens 22 eine Aussparung hat, in der
der erste Außenanschluss 17 zu
liegen kommt. Nach dem Aufsetzen des Deckelteiles 12 wird
der Rand in geeigneter Weise umgebördelt, um das Deckelteil 12 fest
auf dem Grundblock 19 zu befestigen, wo durch gleichzeitig eine
Abdichtung des Inneren des Schalters 10 erfolgt. In an
sich bekannter Weise kann das Verbördeln durch Heißverpressen,
Ultraschall oder UV- bzw.
IR-Bestrahlung erfolgen.
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In
dem Grundblock 19 ist ein nach oben weisender, gestufter
Aufnahmeraum vorgesehen, in dem ein temperaturabhängiges Schaltwerk
zu liegen kommt, das in Abhängigkeit
von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
dem Deckelteil 12 und dem Bodenteil 14 und somit
zwischen dem ersten und dem zweiten Außenanschluss 17 bzw. 18 herstellt.
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Der
Aufnahmeraum 25 weist drei nebeneinander liegende Unterräume 26, 27 und 28 auf.
Während
die Unterräume 26 und 27 nach
unten abgeschlossen sind, ist der Unterraum 28 als Durchgangsbohrung
ausgeführt.
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Der
Unterraum 27 ist annähernd
quadratisch ausgebildet, er dient zur Aufnahme einer ebenfalls quadratischen
Bimetallscheibe 29, die lose in den Unterraum 27 eingelegt
wird.
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In 1 ist
noch zu erkennen, dass an dem Bodenteil 14 ein fester Gegenkontakt 31 angeordnet ist,
der unten in dem Unterraum 28 zu liegen kommt. Der feste
Gegenkontakt 31 wirkt mit einem beweglichen Kontaktteil 32 zusammen,
der an einem Federteil 33 angeordnet ist, was jetzt anhand
der Explosionsdarstellung des Schalters aus 10 in
einer Ansicht von unten erläutert
wird.
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Das
Federteil 33 besteht aus einem Rahmen 34, mit
dem einstückig
eine nach unten gebogene Federzunge 35 verbunden ist, die
an ihrem freien Ende 36 das bewegliche Kontaktteil 32 trägt und an ihrem
festen Ende 37 in ein Querblech 38 übergeht, das
integrales Teil des Rahmens 34 ist.
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An
dem Querblech 38 ist das Federteil 33 durch Punktschweißen mit
dem flächigen
Metallteil 15 des Deckelteiles 12 verbunden, was
durch Schweißpunkte 39 angedeutet ist.
Ansonsten liegt der Rahmen 34 plan an dem Metallteil 15 an.
Wenn das Deckelteil 12 auf die in 1 zu erkennende obere
Schulter 21 aufgelegt wird, gelangt der Rahmen 34 dabei
zwischen die Schulter 21 und das Deckelteil 12 und
wird zwischen diesen eingeklemmt, wenn der Rand 24 umgebördelt wird.
Auf diese Weise wird für
eine feste flächige
Verbindung zwischen dem Federteil 33 und dem Metallteil 15 gesorgt,
wobei wegen der unverlierbar festen Verbindung zwischen dem Metallteil 15 sowie
dem Federteil 33 diese als Einheit auf den Grundblock 19 aufgelegt
werden, was die Montage deutlich erleichtert.
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In 2 ist
an der Federzunge 35 noch eine nach unten weisende Kalotte 41 zu
erkennen, auf die die Bimetallscheibe 29 einwirkt, wenn
sie das bewegliche Kontaktteil 32 von dem festen Gegenkontakt 31 abhebt,
was unten im Zusammenhang mit den 3 und 4 erörtert wird.
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In 2 ist
noch zu erkennen, dass der Grundblock 19 an seiner Unterseite
eine flächige
Auflagefläche 42 aufweist,
auf der das Metallteil 16 des Bodenteiles 14 zu
liegen kommt. Zur Ausrichtung ist auf der Auflagefläche 42 ein
Zapfen 43 vorgesehen, der bei der Montage des Bodenteiles 14 durch
ein in diesem vorgesehenes Durchgangsloch 45 hindurchgeht.
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Der
Grundblock 19 weist auch an seiner Unterseite einen umlaufenden
Rand 46 auf, der im Bereich des Zapfens 43 einen
Durchlass für
den Außenanschluss 18 aufweist.
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Der
Rand 46 wird zur Befestigung des Bodenteiles 14 an
dem Grundblock 19 genauso umgebördelt, wie dies im Zusammenhang
mit der 1 bereits für den umlaufenden Rand 24 beschrieben wurde.
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In 3 ist
der Schalter 10 aus den 1 und 2 in
montiertem Zustand in einem Längsschnitt
dargestellt. Wie die 1 und 2 ist auch die
Darstellung in der 3 lediglich schematisch und
nicht als maßstabsgetreu
zu verstehen.
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In 3 ist
zu erkennen, dass die Federzunge 35 mit ihrem festen Ende 37 in
dem Unterraum 26 liegt, sich von dort schräg nach unten
in den Unterraum 27 erstreckt, wo die Bimetallscheibe 29 gegenüber der
Kalotte 41 liegt.
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Die
Federzunge 35 erstreckt sich weiter in den Unterraum 28,
wo sie mit ihrem beweglichen Kontaktteil 32 in Anlage mit
dem festen Gegenkontakt 31 ist.
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Der
Schaltzustand aus der 3 ist der geschlossene Zustand
des Schalters 10, bei dem sich die Bimetallscheibe 29 unterhalb
ihrer Ansprechtemperatur befindet.
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In 3 ist
zu erkennen, dass die Unterräume 27 und 28 durch
einen Steg 47 voneinander getrennt sind, der auch in 1 zu
erkennen ist. Dieser Steg dient gleichzeitig auch der seitlichen
Fixierung der Bimetallscheibe 29 in dem Unterraum 27.
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Wenn
sich die Temperatur des Schalters 10 und damit die Temperatur
der Bimetallscheibe 29 jetzt über die Ansprechtemperatur
hinaus erhöht, schnappt
die Bimetallscheibe 29 von ihrer in 3 gezeigten,
leicht konkaven Form in eine konvexe Form über, die in 4 dargestellt
ist.
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Durch
das Vorwölben
der Bimetallscheibe 29 kommt diese in Anlage mit der Kalotte 41 und
drückt über diese
die Federzunge 35 in 4 nach oben,
so dass das bewegliche Kontaktteil 32 außer Eingriff
mit dem festen Gegenkontakt 31 gerät. Aufgrund der gewählten Konstruktion,
insbesondere aufgrund der Kalotte 41, wird das bewegliche
Kontaktteil 32 dabei über
einen großen
Schaltweg von dem festen Gegenkontakt 31 abgehoben, so
dass dieses Schaltkontaktpaar jetzt einen großen Abstand zueinander aufweist,
was das Schalten hoher Spannungen, hoher Ströme und hoher Leistungen ermöglicht.
Dazu trägt
auch die gewählte
Konstruktion aus einem Grundblock 19 sowie daran befestigten
Metallteilen 15 und 16 bei, denn der Schaltweg
des Schaltkontaktpaares 31, 32 weist so eine bei
den gegebenen Abmaßen
maximale Größe auf.
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Das
Schalten hoher Ströme
wird ferner dadurch ermöglicht,
dass das Federteil 33 aufgrund des Rahmens 34 und
der Federzunge 35 eine relativ große Fläche aufweist, wobei wegen der
planen Anlage zwischen Metallteil 15 und Rahmen 34 sowie
dem zumindest punktweisen Verschweißen für einen sehr geringen Übergangswiderstand
gesorgt wird.
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Das
Schalten hoher Ströme
wird bei dem neuen Schalter 10 auch dadurch möglich, dass
das Schaltkontaktpaar 31, 32 in einem gesonderten
Unterraum angeordnet ist, der von dem Unterraum 27 getrennt
ist, in dem die Bimetallscheibe 29 liegt. Auf diese Weise
können
kurzfristig entstehende Lichtbögen
sowie ggf. entstehender Funkenflug die Bimetallscheibe 29 nicht
beschädigen.
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In
den 5 und 6 ist das Federteil 33 in
schematischer Seitenansicht sowie von unten gezeigt.
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Wie
die Metallteile 15 und 16 ist auch das Federteil 33 ein
Stanzteil, das einstückig
hergestellt ist.
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In
der Seitenansicht der 5 ist zu erkennen, dass die
Federzunge 35 seitlich nach unten gebogene Ränder 48 aufweist,
die der Federzunge 35 weitere Stabilität verleihen.
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In 6 ist
noch zu erkennen, dass in dem Rahmen 34 ein Durchgangsloch 49 für den Zapfen 22 sowie
Durchgangslöcher 51 für die Schweißpunkte 39 vorgesehen
sind.
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Die
Montage des neuen Schalters 10 gestaltet sich aufgrund
der gewählten
Konstruktion sehr einfach, wobei auch die Einzelteile problemlos
und preiswert herzustellen sind.
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Die
Metallteile 15 und 16 sowie das Federteil 33 sind
Stanzteile, die ausgestanzt und ggf. nachgebogen werden müssen. Danach
wird an dem Metallteil 16 der feste Gegenkontakt 31 angeschweißt, während an
der Federzunge 35 das bewegliche Kontaktteil 32 angeschweißt wird.
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Danach
wird das Federteil 33 von unten an das das Deckelteil 12 bildende
flächige
Metallteil 15 angeschweißt, wozu lediglich zwei Schweißpunkte 39 erforderlich
sind.
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Anschließend wird
die Bimetallscheibe 29 in den Aufnahmeraum 25 eingelegt,
woraufhin das Deckelteil 12 auf die obere umlaufende Schulter 21 aufgelegt
und durch Verbördeln
des Randes 24 befestigt wird. Auf diese Weise gelangt die
Federzunge 35 in die Unterräume 26, 27 sowie 28.
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Vorher
oder nachher wird noch das Bodenteil 14 von unten auf den
Grundblock 19 aufgelegt und dort über ein Verbördeln des
Randes 46 befestigt. Dabei gelangt der feste Gegenkontakt 31 in
den Unterraum 28.
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Der
neue Schalter 10 ist jetzt betriebsbereit, die Federzunge 35 drückt das
bewegliche Kontaktteil 32 auf den festen Gegenkontakt 31 und
sorgt somit für
eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 17 und 18.
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Der
Grundblock 19 isoliert die Metallteile 15 und 16 gegeneinander,
wenn er aus Isoliermaterial gefertigt ist. Ist der Grundblock 19 aus
PTC-Material hergestellt, wirkt er als Selbsthaltewiderstand, der parallel
zu dem Schaltwerk zwischen die Außenanschlüsse 17, 18 geschaltet
ist.
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Wenn
mit dem neuen Schalter 10 noch höhere Ströme als bspw. 10 Ampère geschaltet
werden sollen, kann zum Schutz der Bimetallscheibe 29 in dem
Unterraum 27 noch eine Keramikscheibe 52 angeordnet
werden, die zwischen der Bimetallscheibe 29 und der Kalotte 41 bzw.
der Federzunge 35 zu liegen kommt, wie dies in 7 gezeigt
ist.
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Die
Keramikscheibe 52 schützt
die Bimetallscheibe 29 noch effizienter vor Lichtbogen
und Funkenflug, als dies bei der Konstruktion gemäß den 1 bis 4 bereits
der Fall ist, so dass noch höhere
Ströme
geschaltet werden können,
ohne dass eine Gefahr der Beschädigung
oder vorzeitigen Alterns der Bimetallscheibe 29 besteht.