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Die vorliegende Erfindung betrifft ein temperaturabhängiges Schaltwerk für einen temperaturabhängiger Schalter, wobei das Schaltwerk eine Bimetall-Schnappscheibe und eine Feder-Schnappscheibe umfasst, an der ein Auflagebereich vorgesehen ist, an dem ein bewegliches Kontaktteil unverlierbar gehalten ist, wobei bei in dem temperaturabhängigen Schalter montierten Schaltwerk das Kontaktteil mit einer ersten Kontaktfläche und die Feder-Schnappscheibe mit einer zweiten Kontaktfläche des temperaturabhängigen Schalters zusammenwirkt, und wobei die Bimetall-Schnappscheibe derart mit der Feder-Schnappscheibe zusammenwirkt, dass sie das bewegliche Kontaktteil in Abhängigkeit von ihrer Temperatur von der ersten Kontaktfläche abhebt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen temperaturabhängigen Schalter mit einem temperaturabhängiges Schaltwerk, das in einem das Schaltwerk aufnehmenden Gehäuse angeordnet ist, das ein Oberteil mit einem ersten Außenanschluss sowie ein Unterteil mit einem zweiten Außenanschluss umfasst, wobei an einer Innenseite des Oberteils eine mit dem ersten Außenanschluss in Verbindung stehende erste Kontaktfläche und an der Innenseite des Unterteils eine mit dem zweiten Außenanschluss in Verbindung stehende zweite Kontaktfläche vorgesehen ist.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen temperaturabhängigen Schaltwerkes sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen temperaturabhängigen Schalters.
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Ein temperaturabhängiges Schaltwerk sowie ein damit ausgestatteter temperaturabhängiger Schalter der vorstehend genannten Art sind bspw. aus der
DE 43 45 350 A1 bekannt.
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Der bekannte temperaturabhängige Schalter umfasst ein Gehäuse mit einem metallischen Unterteil sowie einem metallischen Oberteil. In dem Gehäuse ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk untergebracht, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil des Gehäuses herstellt.
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Das Schaltwerk ist mit einer Feder-Schnappscheibe und einer Bimetall-Schnappscheibe ausgestattet. Die Feder-Schnappscheibe trägt dabei ein so genanntes bewegliches Kontaktteil, das die Federscheibe gegen einen stationären Kontakt innen an dem Oberteil drückt, der die erste Kontaktfläche bildet. Mit ihrem Rand stützt sich die Feder-Schnappscheibe auf einer zweiten Kontaktfläche im Unterteil des Gehäuses ab, so dass der elektrische Strom von dem Unterteil durch die Feder-Schnappscheibe und das bewegliche Kontaktteil in den stationären Kontakt und von da in das Oberteil fließt.
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Das Unterteil des Gehäuses ist topfartig ausgestaltet, es weist an seiner Innenseite eine umlaufende Schulter auf, auf der die Feder-Schnappscheibe des temperaturabhängigen Schaltwerkes aufliegt.
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Die Feder-Schnappscheibe trägt zentrisch ein angeschweißtes Kontaktteil, über das die Bimetall-Schnappscheibe gestülpt ist, so dass diese lose auf der Feder-Schnappscheibe aufliegt.
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Das Oberteil des Gehäuses ist als Deckel ausgebildet, der auf einer weiteren umlaufenden Schulter des Unterteils aufliegt. Weil Unterteil und Oberteil des Gehäuses aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sind, ist zwischen ihnen eine Isolationsfolie angeordnet, die Unterteil und Oberteil des Gehäuses elektrisch gegeneinander isoliert.
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Die Außenseite des Oberteils des Gehäuses dient als erster Außenanschluss, dort ist eine erste Litze angelötet. Die Außenseite des Unterteils dient als zweiter Außenanschluss, dort ist eine Anschlussfahne befestigt, an die eine zweite Anschlusslitze angelötet ist.
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Der bekannte temperaturabhängige Schalter dient dazu, elektrische Verbraucher vor Überhitzung zu schützen. Zu diesem Zweck wird er so an den zu schützenden Verbraucher montiert, dass er in thermischem Kontakt mit dem Verbraucher steht.
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Der Versorgungsstromkreis des Verbrauchers wird über den temperaturabhängigen Schalter geführt, indem ein Anschlusskabel des Verbrauchers mit einem der Außenanschlüsse des Schalters und der andere Außenanschluss des Schalters mit dem elektrischen Verbraucher verbunden wird.
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Wegen der thermischen Ankopplung nimmt der temperaturabhängige Schalter stets die Temperatur des elektrischen Verbrauchers an. Erhöht sich die Temperatur des Verbrauchers jetzt über eine vorgegebene Schwelltemperatur hinaus, so springt die Bimetall-Schnappscheibe in ihre Hochtemperaturstellung, in der sie den Schalter öffnet, so dass der Versorgungsstromkreis des Verbrauchers unterbrochen wird, der sich folglich nicht weiter aufheizen kann.
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Bei dieser Konstruktion ist die Bimetall-Schnappscheibe unterhalb ihrer Sprungtemperatur mechanisch kräftefrei gelagert, wobei die Bimetall-Schnappscheibe auch nicht zur Leitung des Stromes eingesetzt wird.
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Dabei ist von Vorteil, dass die Bimetall-Schnappscheiben eine lange mechanische Lebensdauer aufweisen, und dass sich der Schaltpunkt, also die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe, auch nach vielen Zeitspielen nicht verändert.
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Sofern geringere Anforderungen an die mechanische Zuverlässigkeit bzw. die Stabilität der Sprungtemperatur tolerierbar sind, kann die Bimetall-Schnappscheibe auch die Funktion der Feder-Schnappscheibe mit übernehmen, so dass das Schaltwerk nur eine Bimetall-Schnappscheibe umfasst, die dann das bewegliche Kontaktteil trägt und im geschlossenen Zustand des Schalters auch den Strom führt.
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Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Parallelwiderstand zu versehen, der parallel zu den Außenanschlüssen geschaltet ist. Dieser Parallelwiderstand übernimmt bei geöffnetem Schalter einen Teils des Betriebsstroms und hält den Schalter auf einer Temperatur oberhalb der Sprungtemperatur, so dass sich der Schalter nach dem Abkühlen nicht automatisch wieder schließt. Derartige Schalter nennt man selbsthaltend.
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Weiter ist es bekannt, derartige Schalter mit einem Vorwiderstand auszustatten, der von dem durch den Schalter fließenden Betriebsstrom durchflossen wird. Auf diese Weise wird in dem Vorwiderstand eine ohmsche Wärme erzeugt, die proportional zum Quadrat des fließenden Stroms ist. Übersteigt die Stromstärke ein zulässiges Maß, so führt die Wärme des Vorwiderstandes dazu, dass das Schaltwerk geöffnet wird.
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Auf diese Weise wird ein zu schützendes Gerät bereits dann von seinem Versorgungsstromkreis abgeschaltet, wenn ein zu hoher Stromfluss zu verzeichnen ist, der noch gar nicht zu einer übermäßigen Erhitzung des Gerätes geführt hat.
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Alle diese verschiedenen Konstruktionsvarianten lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Schalter realisieren.
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In ihrer Tieftemperaturstellung liegt die Bimetall-Schnappscheibe bei dem bekannten Schalter frei in dem Schaltwerk ein, die Feder-Schnappscheibe stützt sich mit ihrem Rand auf der zweiten Kontaktfläche in dem Unterteil ab.
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Gleichzeitig drückt die Feder-Schnappscheibe das bewegliche Kontaktteil gegen die erste Kontaktfläche, so dass über das feste Kontaktteil und die Feder-Schnappscheibe eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem selbstleitfähigen Oberteil und dem ebenfalls leitfähigen Unterteil hergestellt ist.
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Erhöht sich jetzt die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe über ihre Sprungtemperatur hinaus, so drückt diese mit ihrem Rand gegen die Innenseite des Oberteils und drückt dabei mit ihrem inneren Bereich das bewegliche Kontaktteil gegen die Kraft der Feder-Schnappscheibe von dem festen Kontaktteil weg, so dass der temperaturabhängige Schalter geöffnet wird.
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Diese Funktion kann erst zuverlässig getestet werden, wenn der Schalter vollständig montiert wurde.
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Damit ist der sofort ersichtliche Nachteil verbunden, dass sowohl bei Problemen mit der Kontaktgabe des beweglichen Kontaktteils und/oder der Feder-Schnappscheibe als auch bei einer Fehlfunktion oder einem Fehleinbau der Bimetall-Schnappscheibe der gesamte Schalter verworfen werden muss.
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Obwohl das bekannte temperaturabhängige Schaltwerk sowie der damit ausgestattete, bekannte temperaturabhängige Schalter funktionell sämtlichen Anforderungen genügen, besteht daher ein Bedarf, die Testmöglichkeit und die Herstellbarkeit zu verbessern.
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Ein weiterer Nachteil bei dem bekannten Schalter ist darin zu sehen, dass zumindest das Unterteil des Gehäuses sehr präzise gefertigt sein muss, damit die Feder-Schnappscheibe sich mit ihrem Rand sicher auf der umlaufenden Schulter abstützen kann. Vor diesem Hintergrund sind die Unterteile des bekannten temperaturabhängigen Schalters Drehteile, was zwar eine hochpräzise Fertigung bedeutet, jedoch mit hohen Produktions- und Stückkosten verbunden ist.
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Aus der
DE 197 05 154 A1 ist ein temperaturabhängiger Schalter bekannt, dessen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil aus elektrisch isolierendem Material gefertigt sind. Innen an dem Gehäuseoberteil sowie innen an dem Gehäuseunterteil ist jeweils eine Elektrode angeordnet, wobei an einer der Elektroden über einen Niet ein Verbindungssteg angenietet ist, an dessen anderem Ende die Feder-Schnappscheibe angeordnet ist.
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Die Feder-Schnappscheibe trägt mittig ein bewegliches Kontaktteil, das in eine Öffnung in die Feder-Schnappscheibe eingelegt ist und sich mit einer unteren Schulter auf der Feder-Schnappscheibe abstützt.
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Diese Schulter des Kontaktteils ist an einem verdickten Bund ausgebildet, auf dessen oberer Schulter sich die lose eingelegte Bimetall-Schnappscheibe abstützt.
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Das bewegliche Kontaktteil wirkt mit einer Kontaktfläche an der zweiten Elektrode zusammen, die an der Innenseite des Deckelteils angeordnet ist.
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Der bekannte Schalter weist extrem kleine Abmaße auf, er ist jedoch bezüglich der Anschlusstechnik beschränkt.
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Allgemein ist es noch bspw. aus der
DE 197 27 197 A1 bekannt, bei einem temperaturabhängigen Schalter zwei feste Gegenkontakte in einem isolierenden Deckelteil vorzusehen, die mit einem Stromübertragungsglied zusammenwirken, das von einem temperaturabhängigen Schaltwerk temperaturabhängig bewegt wird.
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Das temperaturabhängige Schaltwerk umfasst eine Feder-Schnappscheibe sowie eine Bimetall-Schnappscheibe, die mittels eines Nietes an dem Stromübertragungsglied befestigt sind.
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Auf diese Weise stellen Stromübertragungsglied, Bimetall-Schnappscheibe sowie Feder-Schnappscheibe eine Einheit dar, die insgesamt in das Unterteil des Gehäuses eingelegt werden können, wenn der bekannte Schalter montiert werden soll.
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Auch bei diesem Schalter ist von Nachteil, dass eine Funktionsprüfung sowohl des Schaltwerkes als auch des Schalters erst dann möglich ist, wenn der Schalter vollständig montiert wurde.
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Die
DE 10 2007 014 237 A1 beschreibt einen temperaturabhängigen Schalter mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk, das einen von einem Rahmen getragenen Federsteg aufweist, der ein bewegliches Kontaktteil und eine Bimetall-Schnappscheibe trägt. In einem Ausführungsbeispiel ist das bewegliche Kontaktteil an dem freien Ende des Federsteges angeordnet, während die Bimetall-Schnappscheibe etwa mittig zu dem Federsteg angeordnet und mit diesem unverlierbar über einen Nietbolzen gehalten ist.
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Die
DE 195 45 997 A1 beschreibt einen temperaturabhängigen Schalter, in dem ein Schaltwerk aus Feder-Schnappscheibe und Bimetall-Schnappscheibe angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist innen an dem Deckel des Oberteiles des Schalters ein Zapfen vorgesehen, auf den die Feder-Schnappscheibe und die Bimetall-Schnappscheibe aufgesteckt werden, woraufhin dann der Kopf des Zapfens verdickt wurde. Ein bewegliches Kontaktteil weist dieser Schalter nicht auf.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte temperaturabhängige Schaltwerk und den damit ausgerüsteten temperaturabhängigen Schalter derart weiterzubilden, dass eine einfache und preiswerte Montage bei geringen Herstellungskosten möglich ist.
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Bei dem bekannten temperaturabhängigen Schaltwerk wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bimetall-Schnappscheibe unverlierbar mit Spiel an dem Kontaktteil gehalten ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Weil nun Feder-Schnappscheibe, Bimetall-Schnappscheibe und bewegliches Kontaktteil eine Einheit bilden, lässt sich das Schaltwerk als gesondertes Halbfertigteil montieren und zwischenlagern, wobei auch eine gesonderte Prüfung des Schaltwerkes möglich ist, da die Bimetall-Schnappscheibe unverlierbar gehalten wird, aber entsprechende Lose aufweist, so dass sie sich zwischen ihrer Tieftemperaturstellung und Hochtemperaturstellung ungehindert verformen kann.
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Diese ungehinderte Verformbarkeit der Bimetall-Schnappscheibe ergibt sich bei dem Schaltwerk mit Stromübertragungsglied, wie es aus der
DE 197 27 197 A1 bekannt ist, gerade deshalb nicht, weil dort das Stromübertragungsglied etwa dieselben Querabmaße aufweist wie die Bimetall-Schnappscheibe und eng an dieser anliegt, so dass die Schaltwirkung tatsächlich nur im montierten Zustand überprüft werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schaltwerk ist es dagegen so, dass das bewegliche Kontaktteil zentrisch auf der Feder-Schnappscheibe befestigt ist und mittig die Bimetall-Schnappscheibe trägt, so dass diese an ihren Rändern beliebig nach oben und nach unten umschnappen kann.
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Damit kann das Schaltwerk noch vor dem Einbau in den Schalter getestet werden, so dass die später mit dem Schaltwerk ausgestatteten und fertig montierten Schalter selbst nur noch auf Durchgang getestet werden müssen, eine erneute Kontrolle der – temperaturabhängigen – Schaltfunktion ist nicht erforderlich.
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In einer Weiterbildung ist es dann bevorzugt, wenn das Kontaktteil an dem Auflagebereich angeschweißt ist, wobei der Auflagebereich vorzugsweise über einen Teil seines Umfangsbereiches durch einen Spalt von der Feder-Schnappscheibe getrennt ist, wobei der Umfangsbereich weiter vorzugsweise gleich oder größer 180° ist.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass durch das Aufschweißen des Kontaktteils auf den Auflagebereich der Feder-Schnappscheibe keine Verspannungen in der Feder-Schnappscheibe entstehen, wie es nach Erkenntnis des Erfinders der vorliegenden Anmeldung bei dem Schalter aus der
DE 43 45 350 A1 der Fall ist, wo der Auflagebereich einstückig mit der Feder-Schnappscheibe ausgebildet ist.
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Wenn dieser Auflagebereich jetzt entweder vor oder nach dem Aufschweißen des beweglichen Kontaktteils bspw. über einen einen Kreisabschnitt übergreifenden Spalt oder Schnitt teilweise von der Feder-Schnappscheibe getrennt wird, so begrenzen sich die inneren Verspannungen auf den Auflagebereich und erstrecken sich nicht über die gesamte Feder-Schnappscheibe.
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Diese inneren Spannungen, die beim Anschweißen eines beweglichen Kontaktes im Stand der Technik auftreten, können dazu führen, dass die Feder-Schnappscheibe nicht wie vorgesehen funktioniert, insbesondere nicht automatisch wieder in die Schließstellung zurückspringt, wenn die Bimetall-Schnappscheibe wieder unter ihre Sprungtemperatur abgekühlt wurde.
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Mit anderen Worten, eine mit inneren Spannungen versehene Feder-Schnappscheibe kann entweder beim Öffnen des Schalters oder beim erneuten Schließen des Schalters versagen, indem sie der umschnappenden Bimetall-Schnappscheibe eine so große Gegenkraft entgegensetzt, dass diese den beweglichen Kontakt nicht von dem festen Kontakt abheben kann. Dabei ist es auch möglich, dass die Feder-Schnappscheibe nach dem Umschnappen in ihre konkave Form, in die sie durch die Bimetall-Schnappscheibe gedrückt wird, wenn Letztere auf eine Temperatur oberhalb ihrer Sprungtemperatur erhitzt wird, nicht wieder automatisch verlassen und die konvex Schließstellung einnehmen kann.
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Diese Probleme mit den Feder-Schnappscheiben lassen sich nach Erkenntnis des Erfinders der vorliegenden Anmeldung erstaunlicherweise dadurch vermeiden, dass der Auflagebereich des aufgeschweißten Kontaktteils zumindest teilweise von der ihn umgebenden Feder-Schnappscheibe getrennt ist.
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Diese Trennung kann durch einen Schnitt oder Spalt erfolgen, wobei wichtig ist, dass diese Trennung dazu führt, dass innere Verspannungen in dem Auflagebereich nicht oder nicht vollständig in die Feder-Schnappscheibe ausstrahlen.
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Obwohl erfindungsgemäß somit ein weiterer Fertigungsschritt bei der Herstellung eines temperaturabhängigen Schaltwerkes und eines damit ausgestatteten Schalters erforderlich ist, sinken dennoch die gesamten Herstellungskosten, weil der Ausschuss verringert werden kann.
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Durch den teilweise von der Feder-Schnappscheibe abgetrennten Auflagebereich wird erstmals eine Feder-Schnappscheibe mit angeschweißtem Kontaktteil bereitgestellt, ohne dass in der Feder-Schnappscheibe durch den Schweißvorgang innere Verspannungen erzeugt werden, die die Schaltfunktion der Feder-Schnappscheibe beeinträchtigen oder unmöglich machen könnten.
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Allgemein ist es bevorzugt, wenn an dem Kontaktteil ein Kragen vorgesehen ist, der die Bimetall-Schnappscheibe durchgreift.
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Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn sie ermöglicht eine einfache Festlegung der Bimetall-Schnappscheibe an dem Kontaktteil. Die Bimetall-Schnappscheibe wird nämlich lediglich mit ihrer Mittenöffnung über den Kragen gestülpt, woraufhin der Kragen anschließend aufgeweitet wird, so dass die Bimetall-Schnappscheibe mit Spiel zwischen dem Kragen und dem Bund bewegbar ist, über den das bewegliche Kontaktteil auf den Auflagebereich der Feder-Schnappscheibe aufgeschweißt ist.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn an der Feder-Schnappscheibe ein seitlicher Verbindungssteg vorgesehen ist, über den sie während der Montage des Schaltwerkes mit einem Transportband verbunden ist.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass die Feder-Schnappscheiben vor der Montage des Schaltwerkes nicht vereinzelt werden müssen.
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Es ist bekannt, dass die Feder-Schnappscheiben, die als Schüttgut bereitgestellt werden, wegen elektrostatischer Adhäsionskräfte nur schwer vereinzelt werden können, so dass dieser Teil des Produktionsverfahrens aufwändig ist.
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Wenn die Feder-Schnappscheibe dagegen sozusagen an einem Band ausgestanzt wird und dabei über einen Verbindungssteg mit dem Transportband verbunden bleibt, so lässt sich das komplette Schaltwerk montieren, während die Feder-Schnappscheibe noch mit dem Transportband in Verbindung steht und somit leicht gehandhabt und manipuliert werden kann.
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Diese Maßnahme ermöglicht auch ein sehr einfaches Testen des fertig montierten Schaltwerkes, weil nämlich die einzelnen Schaltwerke an dem Transportband nacheinander lediglich durch eine Heizkammer und durch eine Kühlkammer geführt werden müssen, wobei dann durch Kontaktspitzen, optisch oder akustisch überprüft wird, ob die Bimetall-Schnappscheiben sich dabei temperaturabhängig verformen.
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Der Verbindungssteg ermöglicht also eine noch einfachere Überprüfung des temperaturabhängigen Schaltwerkes vor dessen Montage in einem Schalter.
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Auf diese Weise wird der Ausschuss reduziert, wobei ferner für eine höhere Produktionsstabilität gesorgt werden kann.
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Das Schaltwerk kann dann dadurch vereinzelt werden, dass der Verbindungssteg von dem Transportband abgetrennt wird. Dieses vereinzelte Schaltwerk kann dann als Halbfertigteil gelagert oder ggf. an entsprechende Abnehmer verkauft werden.
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Über den Verbindungssteg lassen sich diese temperaturabhängigen Schaltwerke leicht handhaben und auch in entsprechende Unterteile von Gehäusen einlegen.
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Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass der Verbindungssteg in einem zusammengebauten Schalter mechanisch an der zweiten Kontaktfläche befestigt, vorzugsweise angeschweißt werden kann.
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Auf diese Weise wird für eine permanente elektrische Verbindung zwischen der Feder-Schnappscheibe und dem zweiten Außenanschluss gesorgt, der elektrisch mit der zweiten Kontaktfläche an der Innenseite des Unterteils in Verbindung steht.
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Weil die Feder-Schnappscheibe jetzt über den Verbindungssteg permanent elektrisch und mechanisch mit dem Unterteil verbunden ist, kann das Unterteil selbst als Tiefziehteil gefertigt werden, es ist nicht mehr erforderlich, teure Drehteile zu verwenden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass jetzt die Feder-Schnappscheibe, die üblicherweise aus Stahl besteht, nicht mehr versilbert werden muss, um einen geringen Übergangswiderstand zu der zweiten Kontaktfläche zu bewirken.
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Darüber hinaus ist es auch nicht mehr erforderlich, die Kontaktfläche an der Innenseite des Unterteils zu versilbern, so dass ein preiswertes Tiefziehteil sowie ein ebenfalls preiswertes Stanzteil aus Stahl als Feder-Schnappscheibe bzw. Gehäuseunterteil verwendet werden kann.
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Dies senkt nicht nur die Materialkosten sondern auch die Fertigungskosten, wobei dennoch für einen geringeren Übergangswiderstand zwischen der Feder-Schnappscheibe und dem Unterteil des Gehäuses gesorgt wird.
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Insgesamt gesehen ermöglicht das neue Schaltwerk also eine preiswerte zuverlässige Herstellung, wobei das Schaltwerk vor der Montage in den temperaturabhängigen Schalter, also außerhalb des Gehäuses, auf Schaltfunktion getestet werden kann.
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Das neue temperaturabhängige Schaltwerk kann auch an der Federscheibe von dem Verbindungssteg abgetrennt werden, so dass das Schaltwerk nach dem Testen als Einheit, aber ohne Verbindungssteg, zur Verfügung steht.
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Dieses neue temperaturabhängige Schaltwerk kann dann in die bekannten Gehäuse bekannter temperaturabhängiger Schalter eingebaut werden. Bspw. kann es in dem Gehäuse gemäß
DE 43 45 350 A1 verwendet werden.
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Um die erforderlichen geringen Übergangswiderstände zu gewährleisten, kann es dann jedoch erforderlich sein, die Feder-Schnappscheibe zu versilbern.
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Bei dem bekannten temperaturabhängigen Schalter wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das neue temperaturabhängige Schaltwerk in diesen temperaturabhängigen Schalter eingebaut wird.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn an der Feder-Schnappscheibe der seitliche Verbindungssteg vorgesehen ist, und wenn das Unterteil ein Tiefziehteil ist, an dessen Innenseite der Verbindungssteg befestigt, vorzugsweise angeschweißt ist.
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Dies bietet den bereits beschriebenen Vorteil, dass sich die Material- und Herstellungskosten für den neuen temperaturabhängigen Schalter deutlich reduzieren, weil als Unterteil kein Drehteil erforderlich ist, und weil auf die Versilberung sowohl bei der Feder-Schnappscheibe als auch bei dem Unterteil verzichtet werden kann.
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Ferner ergibt sich bei diesem neuen temperaturabhängigen Schalter eine sehr gute Produktionsqualität und eine hohe Stabilität des Produktionsablaufes, weil zum einen das Schaltwerk vor der Montage in den Schalter geprüft wird, so dass nur noch funktionsfähige Schaltwerke verbaut werden.
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Dann wird durch die permanente galvanische Verbindung der Feder-Schnappscheibe mit der zweiten Kontaktfläche dafür gesorgt, dass der Übergangswiderstand zwischen Feder-Schnappscheibe und Unterteil sehr gering ist. Auf diese Weise wird eine mögliche Fehlerquelle eliminiert, die bei der abschließenden Durchgangsprüfung eines fertig montierten temperaturabhängigen Schalters auftauchen kann. Im Stand der Technik ist es nämlich durchaus möglich, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen der Übergangswiderstand zwischen dem Unterteil des Gehäuses und der Feder-Schnappscheibe so groß ist, dass der fertige temperaturabhängige Schalter als Ausschuss verworfen werden muss.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn an der Innenseite des Oberteils ein Kontaktklotz befestigt ist, an dem die erste Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei weiter vorzugsweise das Oberteil ein Tiefziehteil ist.
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Auch diese Maßnahme ist unter Kostenaspekten von Vorteil. Wenn das Oberteil als Tiefziehteil ausgebildet ist, kann durch den gesonderten Kontaktklotz, an dem die erste Kontaktfläche ausgebildet ist, dennoch für einen sehr geringen Übergangswiderstand zwischen dem beweglichen Kontaktteil an der Feder-Schnappscheibe und dem Kontaktklotz an dem Oberteil des Gehäuses gesorgt werden.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines temperaturabhängigen Schaltwerkes umfasst folglich die Schritte:
- a) Ausstanzen einer Feder-Schnappscheibe, die über einen Verbindungssteg mit einem Transportband verbunden ist,
- b) teilweises Abtrennen eines vorzugsweise zentrisch angeordneten Auflagebereiches von der Feder-Schnappscheibe,
- c) Befestigen eines Kontaktteils an dem Auflagebereich, und
- d) unverlierbares Befestigen einer Bimetall-Schnappscheibe an dem Kontaktteil.
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Auf diese Weise kann das neue temperaturabhängige Schaltwerk hergestellt werden, wobei während des gesamten Zusammenbaus des Schaltwerkes die Feder-Schnappscheibe mit dem Transportband verbunden bleibt.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn im Schritt c) das Kontaktteil an den Auflagebereich angeschweißt wird.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass für eine mechanisch stabile und galvanisch sehr zuverlässige Verbindung zwischen dem Kontaktteil und dem Auflagebereich gesorgt wird. Obwohl derartige Schweißverbindungen zu inneren Verspannungen führen können, führt dies erfindungsgemäß nicht zu Problemen, weil der Auflagebereich teilweise von der Feder-Schnappscheibe getrennt ist.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn im Schritt d) die Bimetall-Schnappscheibe mit einer Mittenöffnung über einen Kragen an dem Kontaktteil gestülpt und anschließend der Kragen aufgeweitet wird.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass sich die Bimetall-Schnappscheibe einfach an dem beweglichen Kontaktteil montieren und festlegen lässt, ohne dass die Bimetall-Schnappscheibe in ihrem zentrischen Bereich mechanischen Spannungen ausgesetzt ist.
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Derartige mechanische Spannungen sollen bei Bimetall-Scheiben möglichst vermieden werden, weil diese mechanischen Spannungen dazu führen, dass das Schaltverhalten der Bimetall-Schnappscheiben nicht reproduzierbar eingestellt werden kann bzw. sich unvorhersehbar verschiebt.
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Das Umspringen einer Bimetall-Schnappscheibe zwischen ihrer Tieftemperaturstellung und ihrer Hochtemperaturstellung oberhalb der Sprungtemperatur vollzieht sich bei Annäherung der Sprungtemperatur nämlich zunächst allmählich, man spricht davon, dass die Bimetall-Schnappscheibe kriecht.
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Wenn die Bimetall-Schnappscheibe während dieses Kriechvorgangs mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, kann dies dazu führen, dass die Bimetall-Schnappscheibe schneller altert oder dass sich ihre Sprungtemperatur verschiebt, was beides im Einsatz unerwünscht ist.
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Durch die erfindungsgemäße Art und Weise, wie die Bimetall-Schnappscheibe an dem Kontaktteil festgelegt wird, wird jetzt einerseits die Möglichkeit geschaffen, das Schaltwerk als solches vor der Montage zu prüfen, wobei andererseits die Bimetall-Schnappscheibe keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
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In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:
- e) Überprüfen der Ansprechtemperatur und/oder des Schaltverhaltens des noch über den Verbindungssteg mit dem Transportband verbundenen Schaltwerkes.
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Hier ist von Vorteil, dass unmittelbar anschließend an den Zusammenbau des Schaltwerkes die Ansprechtemperatur und/oder das Schaltverhalten überprüft werden können.
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Vor diesem Hintergrund umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines temperaturabhängigen Schalters die Schritte:
- l) Bereitstellen eines Gehäuse, das ein Oberteil mit einem ersten Außenanschluss sowie ein Unterteil mit einem zweiten Außenanschluss umfasst, wobei an einer Innenseite des Oberteils eine mit dem ersten Außenanschluss in Verbindung stehende erste Kontaktfläche und an der Innenseite des Unterteils eine mit dem zweiten Außenanschluss in Verbindung stehende zweite Kontaktfläche vorgesehen ist,
- m) Bereitstellen eines temperaturabhängigen Schaltwerkes, das eine Bimetall-Schnappscheibe und eine Feder-Schnappscheibe umfasst, die über einen Verbindungssteg mit einem Transportband verbunden ist und an der ein Auflagebereich vorgesehen ist, an dem ein bewegliches Kontaktteil unverlierbar gehalten ist, wobei die Bimetall-Schnappscheibe unverlierbar mit Spiel an dem Kontaktteil gehalten ist,
- n) Abtrennen des Schaltwerkes von dem Transportband, und
- o) Einlegen des Schaltwerkes in das Unterteil und Verschließen des Unterteils mit dem Oberteil, so dass das Kontaktteil mit der ersten Kontaktfläche und die Feder-Schnappscheibe mit der zweiten Kontaktfläche zusammenwirkt.
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Dabei ist es einerseits bevorzugt, wenn im Schritt n) das Schaltwerk von dem Verbindungssteg abgetrennt wird, so dass es in bestehende Gehäuse eingebaut werden kann.
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Das neue Schaltwerk kann damit bei bestehenden Schaltern die bisherigen Schaltwerke ersetzen und den Vorteil bringen, dass das Schaltwerk jetzt vor der Montage überprüft werden kann, so dass der Ausschuss insgesamt reduziert wird.
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Andererseits ist es bevorzugt, wenn im Schritt n) der Verbindungssteg von dem Transportband getrennt und im Schritt o) der Verbindungssteg an die Innenseite des Unterteils angeschweißt wird.
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Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass der Verbindungssteg, der während des Zusammenbaus und des Testens des neuen temperaturabhängigen Schaltwerkes bereits zum Einsatz kommt, noch eine doppelte Funktion ausübt, er wird nämlich auch dazu verwendet, um die Feder-Schnappscheibe mechanisch und galvanisch dauerhaft mit der zweiten Kontaktfläche an der Innenseite des Unterteils des Gehäuses zu verbinden.
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Wie bereits erwähnt, führt dies zu einem sehr zuverlässigen Schalter mit geringem Übergangswiderstand.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung 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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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch einen neuen temperaturabhängigen Schalter, in dem das neue temperaturabhängige Schaltwerk verbaut ist;
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2 eine Draufsicht auf das Unterteil des Gehäuses für den Schalter aus 1, wobei die Feder-Schnappscheibe schematisch als eingelegt dargestellt ist;
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3 in einer Darstellung wie 1 das bewegliche Kontaktteil, wobei Feder-Schnappscheibe und Bimetall-Schnappscheibe ausschnittsweise gezeigt sind; und
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4 eine schematische Draufsicht auf eine an einem Transportband befindliche Feder-Schnappscheibe, neben der eine Bimetall-Schnappscheibe sowie ein bewegliches Kontaktteil dargestellt sind.
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In 1 ist bei 10 ein temperaturabhängiger Schalter mit einem Gehäuse 11 gezeigt, das ein aus elektrisch leitfähigem Material gefertigtes Unterteil 12 sowie ein aus elektrisch leitfähigem Material gefertigtes Oberteil 14 umfasst.
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Zwischen Oberteil 14 und Unterteil 12 ist eine Isolierfolie 15 angeordnet, die das Oberteil 14 elektrisch von dem Unterteil 12 isoliert.
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An dem Oberteil 14 ist an dessen Innenseite 16 ein fester Kontaktklotz 17 angeordnet, der eine auf das Unterteil 12 zuweisende erste Kontaktfläche 18 aufweist.
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Der Kontaktklotz 17 ist somit elektrisch mit dem Oberteil 14 verbunden, so dass dessen Außenseite als erster Außenanschluss 19 zur Verfügung steht.
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Das Unterteil 12 weist an seiner Innenseite 21 eine zweite Kontaktfläche 22 auf. Weil das Unterteil 12 ebenfalls elektrisch leitend ist, dient seine Außenseite als zweiter Außenanschluss 23.
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In dem Gehäuse 11 ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk 25 angeordnet, das in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Unterteil 12 und dem Oberteil 14 herstellt bzw. diese elektrisch leitende Verbindung bei Überschreiten einer Ansprechtemperatur oder Sprungtemperatur schlagartig unterbricht.
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Das Schaltwerk 25 weist eine leicht gewölbte Feder-Schnappscheibe 26 auf, die einstückig mit einem seitlichen Verbindungssteg 27 verbunden ist, der an einer Schweißstelle 28 mit der zweiten Kontaktfläche 22 verschweißt ist.
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Die Feder-Schnappscheibe 26 trägt zentrisch ein bewegliches Kontaktteil 29, das in noch zu beschreibender Weise auf die Feder-Schnappscheibe 26 aufgeschweißt ist.
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Mit Spiel aber unverlierbar sitzt auf dem beweglichen Kontaktteil 29 eine eine Mittenöffnung 30 aufweisende Bimetall-Schnappscheibe 31, die sich in dem in 1 gezeigten Zustand in ihrer Tieftemperaturstellung befindet, in der sie kräftefrei auf der Feder-Schnappscheibe 26 aufliegt.
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Es sei noch erwähnt, dass das Unterteil 12 eine umlaufende Wand 32 aufweist, die von einer umlaufenden Wand 33 des Oberteils 14 übergriffen wird.
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Zwischen den beiden umlaufenden Wänden 32, 33 ist die bereits erwähnte Isolierfolie 15 angeordnet, die auf einem umlaufenden Rand 34 des Oberteils 14 aufliegt und mittig eine Durchgangsöffnung 35 aufweist, durch die das bewegliche Kontaktteil 29 nach oben hin durchragt, um mit dem Kontaktklotz 17 in Anlage zu gelangen.
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Es sei noch erwähnt, dass die Isolierfolie 15 selbstklebend ist, so dass sie nach dem Zusammenbau des neuen Schalters ggf. nach Druck- oder Hitzeeinwirkung Oberteil 14 und Unterteil 12 fest miteinander verbindet und gegen Eintrag von Verunreinigungen jeglicher Art schützt. Zusätzlich oder alternativ können Unterteil 12 und Oberteil 14 auch miteinander verpresst oder verrastet werden.
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Das Unterteil 12 ist als preiswertes Tiefziehteil ausgebildet, mit dem die Feder-Schnappscheibe 26 über den Verbindungssteg 27 dauerhaft mechanisch und galvanisch verbunden ist, so dass ein sehr geringer Übergangswiderstand zwischen der Feder-Schnappscheibe 26 und dem zweiten Außenanschluss 23 existiert.
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Weil das bewegliche Kontaktteil 29 mit der Feder-Schnappscheibe 26 verschweißt ist, ist auch der Übergangswiderstand zwischen der Feder-Schnappscheibe und dem beweglichen Kontaktteil 29 extrem gering.
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Das bewegliche Kontaktteil 29 weist eine kuppelartige Spitze 37 auf, die in der in 1 gezeigten Tieftemperaturstellung in Anlage mit dem Kontaktklotz 17 ist.
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Durch die Wahl einer geeigneten Oberflächengüte der Spitze 37 und der ersten Kontaktfläche 18 an dem Kontaktklotz 17 ist auch dort der Übergangswiderstand sehr gering.
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Das Oberteil 14 kann folglich ebenfalls ein preiswertes Tiefziehteil sein, weil die Qualität des Übergangswiderstandes durch den Kontaktklotz 17 bzw. die an diesem vorgesehene Kontaktfläche 18 bereitgestellt wird.
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Auf diese Weise weist der gesamte Schalter 10 zwischen dem ersten Außenanschluss 19 und dem zweiten Außenanschluss 23 nur einen sehr geringen Durchgangswiderstand auf, so dass er quasi einen galvanischen Kurzschluss darstellt, denn zwei der drei möglichen Kontaktwiderstände sind durch Schweißverbindungen ersetzt.
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Erhöht sich jetzt die Temperatur des Schalters 10 über die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe 31 hinaus, so bewegt sich diese mit ihrem in 1 noch freien Rand 38 in 1 nach oben, bis dieser Rand 38 in Anlage mit der Isolationsfolie 15 dort gelangt, wo diese unterhalb des ringförmigen Randes 34 des Oberteils 12 sitzt.
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Dabei drückt die Bimetall-Schnappscheibe 31 mit ihrem zentrischen Bereich 39 mittig auf die Feder-Schnappscheibe 26 und drückt diese in 1 nach unten, wodurch das bewegliche Kontaktteil 29 von dem Kontaktklotz 17 abgehoben wird, so dass der Schalter 10 öffnet.
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Wenn sich die Umgebungstemperatur und damit die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe 31 wieder unter die Sprungtemperatur abkühlt, kehrt die Bimetall-Schnappscheibe 31 in ihre in 1 gezeigte Tieftemperaturstellung zurück, wodurch der Öffnungsdruck auf die Feder-Schnappscheibe 26 nachlässt. Die Feder-Schnappscheibe 26 springt dann aufgrund der inneren Kräfte wieder in ihre in 1 gezeigte Ruheposition zurück, in der sie sich zwischen der Innenseite 21 des Unterteils 12 und dem Kontaktklotz 17 verspannt und somit für einen festen Kontaktdruck und einen sicher geschlossenen Schalter 10 sorgt.
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In 2 ist in einer Draufsicht das Unterteil 12 dargestellt, wobei die Stirnfläche der umlaufenden Wand 32 zu sehen ist.
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In der Draufsicht der 2 ist zu erkennen, dass das Unterteil leicht tropfenförmig mit einer seitlichen Ausbuchtung 40 ausgebildet ist, in die der Verbindungssteg 27 der schematisch in 2 angedeuteten Feder-Schnappscheibe 26 hineinragt.
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Zentrisch auf der Feder-Schnappscheibe 26 ist ein Auflagebereich 41 zu erkennen, der über einen Spalt oder Schnitt 42 von der Feder-Schnappscheibe getrennt ist.
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Dieser Spalt oder Schnitt 42 erstreckt sich über etwa 180° längs des bei 43 angedeuteten Umfanges des Auflagebereiches 41.
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Die winkelmäßige Erstreckung des Spaltes 42, also der Teil des Umfanges 43, der von der Feder-Schnappscheibe 26 abgetrennt ist, ist durch einen Pfeil 44 angedeutet, der einen Winkelbereich von etwas mehr als ca. 180° überstreicht.
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Auf diese Weise ist der Auflagebereich 41 über mindestens 90% seines Umfanges 43 noch einstückig mit der Feder-Schnappscheibe 26 verbunden.
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Auf den Auflagebereich 41 ist das in 2 nicht gezeigte Kontaktteil aufgeschweißt, wie dies jetzt im Einzelnen anhand der 3 erklärt wird.
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In 3 ist das bewegliche Kontaktteil 29 vergrößert dargestellt. In 3 ist ferner ausschnittsweise die Feder-Schnappscheibe 26 sowie die Bimetall-Schnappscheibe 31 dargestellt.
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Das bewegliche Kontaktteil 29 weist einen unteren Bund 45 auf, der auf den Auflagebereich 41 der Feder-Schnappscheibe 26 aufgeschweißt ist. In 3 ist ebenfalls der Spalt 42 zu erkennen, der den Auflagebereich 41 zumindest teilweise mechanisch von der Feder-Schnappscheibe 26 trennt.
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Nach oben schließt sich an den Bund 45 ein zylindrischer Fortsatz 46 an, auf dem die Bimetall-Schnappscheibe 31 mit ihrer Mittenöffnung 30 sitzt.
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Oberhalb des zylindrischen Fortsatzes 46 ist an dem Kontaktteil 29 ein Kragen 47 vorgesehen, an den sich die kuppelartige Spitze 37 anschließt.
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In dem in 3 gezeigten Zustand weist der Kragen 47 einen bei 48 angedeuteten Außendurchmesser auf, der geringer ist als der bei 49 angedeutete Innendurchmesser der Mittenöffnung 30, der wiederum größer ist als der Durchmesser des Fortsatzes 46, so dass die Bimetall-Schnappscheibe 31 mit Spiel an dem Kontaktteil 29 gehalten ist.
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Nachdem bei dem Zusammenbau des Schaltwerkes 25 die Bimetall-Schnappscheibe 31 wie in 3 dargestellt mit ihrer Mittenöffnung 30 über den Kragen 47 des Kontaktteils 29 gestülpt wurde, wird der Kragen aufgespreizt oder aufgeweitet, was durch Pfeile 51 dargestellt ist.
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Beispielsweise durch Pressen wird der Kragen 47 dabei so aufgeweitet, dass er die bei 52 gestrichelt dargestellte Konfiguration annimmt, in der er die Mittenöffnung 30 seitlich überragt, so dass die Bimetall-Schnappscheibe 31 unverlierbar aber mit Spiel an dem beweglichen Kontaktteil 29 gehalten ist.
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Der Zusammenbau des Schaltwerkes 25 soll jetzt anhand der Prinzipskizze aus 4 dargestellt werden.
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Oben in 4 ist die Feder-Schnappscheibe 26 mit ihrem teilweise abgetrennten Auflagebereich 41 sowie ihrem Verbindungssteg 27 gezeigt, der einstückig mit einem Transportband 53 verbunden ist.
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Auf diese Weise können viele Feder-Schnappscheiben 26 nebeneinander an dem Transportband 53 ausgestanzt und dennoch mit diesem einstückig verbunden bleiben.
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Auf den Auflagebereich 41 wird jetzt das in 4 unten dargestellte bewegliche Kontaktteil 29 aufgeschweißt. Danach wird die in 1 gezeigte Bimetall-Schnappscheibe 31 mit ihrer Mittenöffnung 30 über den Kragen 47 des Kontaktteils 29 gestülpt, woraufhin der Kragen 47 so aufgeweitet wird, dass er die in 3 bei 52 angedeutete Form annimmt.
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Auf diese Weise ist jetzt ein vollständiges Schaltwerk 25 aus Feder-Schnappscheibe 26 mit angeschweißtem Kontaktteil 29 und daran unverlierbar, aber mit Spiel gehaltener Bimetall-Schnappscheibe 31 gebildet.
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Dieses Schaltwerk 25 ist über den Verbindungssteg 27 immer noch mit dem Transportband 53 verbunden, so dass es jetzt geeigneten Testeinrichtungen zugeführt werden kann, wo die Schaltfunktion der Bimetall-Schnappscheibe 31 noch außerhalb des Schalters getestet werden kann.
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Sollte ein Schaltwerk 25 Fehlfunktionen aufweisen, wird es vom Transportband 53 abgetrennt.
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Die anderen Schaltwerke werden zur weiteren Verwendung zwischengelagert, an Endabnehmer geliefert oder unmittelbar zu einer Montagestraße gefahren, wo tiefgezogene Unterteile 12 sowie tiefgezogene Oberteile 14 zugeliefert werden, an denen innen bereits der Kontaktklotz 17 angeschweißt ist.
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Je nach dem, ob aus dem Stand der Technik bekannte, im Wesentlichen runde Oberteile und Unterteile oder aber die Oberteile 14 und Unterteile 12 mit der in 2 gezeigten Ausbuchtung 40 verwendet werden, wird jetzt entweder die Federscheibe 26 von dem Verbindungssteg 27 oder aber der Verbindungssteg 27 von dem Transportband 53 abgetrennt.
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Schaltwerke 25 ohne Verbindungssteg 27 können in konventionelle Gehäuse eingelegt werden.
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Weil die Schaltwerke bereits vorab getestet wurden, müssen die fertig montierten Schalter dann lediglich noch auf elektrischen Durchgang überprüft werden, die Schaltfunktion selbst muss nicht mehr getestet werden.
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Dies reduziert den Ausschuss an fertig montierten Schaltern.
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Wenn dagegen das Gehäuse 10 gemäß 1 und 2 verwendet wird, so wird der Verbindungssteg 27 innen an die zweite Kontaktfläche 22 angeschweißt, so dass das Schaltwerk 25 mechanisch und galvanisch dauerhaft mit dem Unterteil 12 verbunden ist.
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Neben dem bereits erwähnten Vorteil, dass das Schaltwerk bereits vorab getestet wurde, wird hier ein weiterer Vorteil dahin erzielt, dass die Übergangswiderstände in dem Schalter wegen der galvanischen Verbindungen zwischen Unterteil 12 und Feder-Schnappscheibe 26 sowie Feder-Schnappscheibe 26 und Kontaktteil 29 stark reduziert sind.
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Ein Teil der bei einem fertig montierten Schalter möglichen Fehlfunktionen sind somit ausgeschaltet, so dass der Ausschuss bei fertig montierten Schaltern noch einmal verringert wird, was zu einer besseren Prozessstabilität bei der Herstellung der neuen temperaturabhängigen Schalter 10 führt.
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Wenn das Kontaktteil 29 mit der Feder-Schnappscheibe 26 und die Feder-Schnappscheibe 26 über den Verbindungssteg 27 mit dem Unterteil 12 des Gehäuses 11 verschweißt sind, fallen zwei der drei Übergangswiderstände weg, wie sie im Stand der Technik zu finden sind. Dies führt dazu, dass auch zwei mögliche Fehlerquellen eliminiert wurden, so dass auch ohne die unverlierbar gehaltene Bimetall-Schnappscheibe 31 der Ausschuss bei einem mit einem derartigen Schaltwerk 25 versehenen Schalter 10 deutlich verringert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4345350 A1 [0004, 0047, 0074]
- DE 19705154 A1 [0028]
- DE 19727197 A1 [0033, 0043]
- DE 102007014237 A1 [0037]
- DE 19545997 A1 [0038]
