DE102022118402B3

DE102022118402B3 - Temperaturabhängiges Schaltwerk, temperaturabhängiger Schalter und Verfahren zur Herstellung eines temperaturabhängigen Schaltwerks

Info

Publication number: DE102022118402B3
Application number: DE102022118402.1A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2022-07-22
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2042-07-23
Also published as: CN117438249A; JP2024014750A; US20240029974A1; EP4310878A1

Abstract

Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) für einen temperaturabhängigen Schalter (100), mit: einer temperaturabhängigen Bimetall-Schnappscheibe (12), die ein erstes Durchgangsloch (18) aufweist; einer temperaturunabhängigen Feder-Schnappscheibe (14), die ein zweite Durchgangsloch (20) aufweist; und einem elektrisch leitfähigen Kontaktteil (16), das einen Grundkörper (22) aufweist, der durch das erste Durchgangsloch (18) und das zweite Durchgangsloch (20) hindurchgeführt ist. Das Kontaktteil (16) weist eine radial von dem Grundkörper (22) abstehende Auflageschulter (24), ein radial von dem Grundkörper (22) abstehendes erstes Arretierelement (26), das auf einer ersten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, und ein radial von dem Grundkörper (22) abstehendes zweites Arretierelement (28), das auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, auf. Die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe (12) und die Feder-Schnappscheibe (14) sind zwischen den Arretierelementen (26, 28) und der Auflageschulter (14) angeordnet und werden von diesen jeweils unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper (22) des Kontaktteils (16) gehalten. Das Kontaktteil ist einteilig ausgebildet, wobei der Grundkörper (22) integral mit der Auflageschulter (24), dem ersten Arretierelement (26) und dem zweiten Arretierelement (28) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 ein temperaturabhängiges Schaltwerk für einen temperaturabhängigen Schalter. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren gemäß Anspruch 12 einen temperaturabhängigen Schalter mit einem solchen temperaturabhängigen Schaltwerk. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 13 ein Verfahren zur Herstellung eines temperaturabhängigen Schaltwerks, das in einem temperaturabhängigen Schalter einsetzbar ist.
Temperaturabhängige Schalter sind grundsätzlich bereits in einer Vielzahl bekannt. Ein beispielhafter temperaturabhängiger Schalter ist in der DE 10 2011 119 632 B3 offenbart.
Derartige temperaturabhängige Schalter dienen in an sich bekannter Weise dazu, die Temperatur eines Gerätes zu überwachen. Hierzu wird der Schalter bspw. über eine seiner Außenflächen in thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Gerät gebracht, so dass die Temperatur des zu schützenden Gerätes die Temperatur des im Inneren des Schalters angeordneten Schaltwerks beeinflusst.
Der Schalter wird dabei typischerweise über Anschlussleitungen elektrisch in Reihe in den Versorgungsstromkreis des schützenden Gerätes geschaltet, so dass unterhalb der Ansprechtemperatur des Schalters der Versorgungsstrom des zu schützenden Gerätes durch den Schalter fließt.
Bei dem aus der DE 10 2011 119 632 B3 bekannten Schalter ist das Schaltwerk im Inneren eines Schaltergehäuses angeordnet. Das Schaltergehäuse ist zweiteilig aufgebaut. Es weist ein Unterteil auf, das mit einem Deckelteil unter Zwischenlage einer Isolierfolie fest verbunden ist. Das in dem Schaltergehäuse angeordnete temperaturabhängige Schaltwerk weist eine Feder-Schnappscheibe, an der ein bewegliches Kontaktteil befestigt ist, sowie eine über das bewegliche Kontaktteil gestülpte Bimetall-Schnappscheibe auf. Die Feder-Schnappscheibe drückt das bewegliche Kontaktteil gegen einen stationären Gegenkontakt, der auf der Innenseite des Schaltergehäuses an dem Deckelteil angeordnet ist. Mit ihrem äußeren Rand stützt sich die Feder-Schnappscheibe im Unterteil des Schaltergehäuses ab, so dass der elektrische Strom von dem Unterteil durch die Feder-Schnappscheibe und das bewegliche Kontaktteil in den stationären Gegenkontakt und von da in das Deckelteil fließt.
Für das temperaturabhängige Schaltverhalten des Schalters ist im Wesentlichen die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe verantwortlich. Diese ist meist als mehrlagiges, aktives, blechförmiges Bauteil aus zwei, drei oder vier miteinander verbundenen Komponenten mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet. Die Verbindung der einzelnen Lagen aus Metallen oder Metalllegierungen sind bei derartigen Bimetall-Schnappscheiben meist stoffschlüssig oder formschlüssig und werden bspw. durch Walzen erreicht.
Eine derartige Bimetall-Schnappscheibe weist bei tiefen Temperaturen, unterhalb der Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe, eine erste stabile geometrische Konfiguration (Tieftemperaturkonfiguration) und bei hohen Temperaturen, oberhalb der Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe, eine zweite stabile geometrische Konfiguration (Hochtemperaturkonfiguration) auf. Die Bimetall-Schnappscheibe springt temperaturabhängig nach Art einer Hysterese von ihrer Tieftemperaturkonfiguration in ihre Hochtemperaturkonfiguration. Erhöht sich also die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe infolge einer Temperaturerhöhung bei dem zu schützenden Gerät über die Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe hinaus, so schnappt diese von ihrer Tieftemperaturkonfiguration in ihre Hochtemperaturkonfiguration um. Hierbei arbeitet die Bimetall-Schnappscheibe so gegen die Feder-Schnappscheibe, dass sie das bewegliche Kontaktteil von dem stationären Gegenkontakt abhebt, so dass der Schalter öffnet und das zu schützende Gerät abgeschaltet wird und sich nicht weiter aufheizen kann.
Sofern keine Rückschaltsperre vorgesehen ist, schnappt die Bimetall-Schnappscheibe wieder in ihre Tieftemperaturkonfiguration zurück, so dass der Schalter wieder geschlossen wird, sobald sich die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe infolge der Abkühlung des zu schützenden Gerätes unterhalb der sog. Rücksprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe absenkt.
Die Bimetall-Schnappscheibe ist in ihrer Tieftemperaturkonfiguration vorzugsweise mechanisch kräftefrei in dem Schaltergehäuse gelagert, wobei die Bimetall-Schnappscheibe auch nicht zur Führung des Stromes eingesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Bimetall-Schnappscheibe eine längere Lebensdauer aufweist, und dass sich der Schaltpunkt, also die Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe, auch nach vielen Schaltzyklen nicht verändert.
Die DE 10 2019 125 453 A1 offenbart einen temperaturabhängigen Schalter, der einen ersten und einen zweiten stationären Kontakt sowie zumindest ein temperaturabhängiges Schaltwerk mit einem beweglichen Kontaktglied aufweist, wobei das zumindest eine Schaltwerk in seiner ersten Schaltstellung das Kontaktglied gegen den ersten Kontakt drückt und dabei über das Kontaktglied eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Kontakten herstellt und in seiner zweiten Schaltstellung das Kontaktglied zu dem ersten Kontakt beabstandet hält. Das zumindest eine temperaturabhängige Schaltwerk weist ein erstes temperaturabhängiges Schnappteil auf, das bei Überschreiten einer ersten Schalttemperatur aus seiner geometrischen Tieftemperaturkonfiguration in seine geometrische Hochtemperaturkonfiguration umschnappt und bei einem anschließenden Unterschreiten einer ersten Rückschalttemperatur wieder aus seiner geometrischen Hochtemperaturkonfiguration zurück in seine geometrische Tieftemperaturkonfiguration umschnappt. Der Schalter weist ferner ein zweites temperaturabhängiges Schnappteil auf, das bei Überschreiten einer zweiten Schalttemperatur aus seiner geometrischen Tieftemperaturkonfiguration in seine geometrische Hochtemperaturkonfiguration umschnappt und bei einem anschließenden Unterschreiten einer zweiten Rückschalttemperatur wieder aus seiner geometrischen Hochtemperaturkonfiguration zurück in seine geometrische Tieftemperaturkonfiguration umschnappt. Ein Umschnappen des ersten Schnappteils aus seiner geometrischen Tieftemperaturkonfiguration in seine geometrische Hochtemperaturkonfiguration und/oder ein Umschnappen des zweiten Schnappteils aus seiner geometrischen Tieftemperaturkonfiguration in seine geometrische Hochtemperaturkonfiguration bringt das zumindest eine Schaltwerk aus seiner ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung. Die zweite Rückschalttemperatur ist niedriger als die erste Rückschalttemperatur und das zweite Schnappteil ist dazu eingerichtet, das Kontaktglied auch dann zu dem ersten Kontakt beabstandet zu halten, wenn sich der Schalter über die erste und die zweite Schalttemperatur erhitzt und nachträglich auf eine Temperatur zwischen der ersten und der zweiten Rückschalttemperatur abgekühlt hat.
Bei einer Vielzahl von temperaturabhängigen Schaltern wird die Bimetall-Schnappscheibe daher bei der Herstellung des Schalters vorzugsweise als loses Einzelteil in das Schaltergehäuse eingelegt, wobei die Bimetall-Schnappscheibe bspw. mit einem darin vorgesehenen zentrischen Durchgangsloch über das an der Feder-Schnappscheibe befestigte Kontaktteil gestülpt wird. Erst durch das Verschließen des Schaltergehäuses wird die Bimetall-Schnappscheibe dann in ihrer Lage fixiert und deren Position relativ zu den übrigen Bauteilen des Schaltwerks festgelegt. Die Produktion eines derartigen Schalters, bei dem die Bimetall-Schnappscheibe einzeln eingesetzt wird, hat sich jedoch als relativ umständlich herausgestellt, da mehrere Schritte zum Einsetzen des Schaltwerks in das Schaltergehäuse notwendig sind.
Bei dem aus der DE 10 2011 119 632 B3 bekannten Schalter wird die Bimetall-Schnappscheibe daher bereits vorab (außerhalb des Schaltergehäuses) mit dem an der Feder-Schnappscheibe befestigten Kontaktteil verbunden. Hierzu wird die Bimetall-Schnappscheibe über das Kontaktteil gestülpt und anschließend ein oberer Kragen des Kontaktteils umgeklappt. Infolgedessen ist nicht nur die Feder-Schnappscheibe an dem Kontaktteil befestigt, sondern auch die Bimetall-Schnappscheibe an diesem unverlierbar gehalten.
Das aus der Bimetall-Schnappscheibe, der Feder-Schnappscheibe und dem Kontaktteil bestehende Schaltwerk lässt sich damit bereits vorab als Halbfabrikat herstellen, welches eine unverlierbare Einheit bildet und separat als Schüttgut auf Lager gehalten werden kann. Bei der Herstellung des Schalters kann das Schaltwerk dann als unverlierbare Einheit gesamthaft in nur einem Arbeitsschritt in das Schaltergehäuse eingesetzt werden. Dies vereinfacht die Produktion des Schalters um ein Vielfaches.
Die Feder-Schnappscheibe ist bei dem aus der DE 10 2011 119 632 B3 bekannten Schalter mit dem Kontaktteil verschweißt oder verlötet, um einen möglichst guten elektrischen Kontakt zwischen beiden Bauteilen herzustellen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es insbesondere bei der Schüttgut-Lagerhaltung des als Halbfabrikat vorproduzierten Schaltwerks zu einem Bruch der Schweiß- oder Lötvorrichtung zwischen dem Kontaktteil und der Feder-Schnappscheibe kommen kann. Derartig defekte Schaltwerke lassen sich dann natürlich nicht mehr einsetzen.
Auch in der DE 199 19 648 A1 wird ein temperaturabhängiger Schalter vorgeschlagen, dessen Schaltwerk sich bereits vorab als Halbfabrikat produzieren lässt. Auch bei diesem Schaltwerk bilden die Bimetall-Schnappscheibe, die Feder-Schnappscheibe und das Kontaktteil bereits vor dem Einbau in das Schaltergehäuse eine unverlierbare Einheit, die sich bei der Produktion des Schalters als Ganzes in das Schaltergehäuse einsetzen lässt und vorab als Schüttgut auf Lager gehalten werden kann. Bei diesem Schaltwerk weist das Kontaktteil einen Mantel aus weicherem Metall sowie einen Kern aus elektrisch leitendem, härteren Metall auf. Die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe sind auf den Mantel aufgesteckt und in das weichere Metall des Mantels eingeformt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Art der Verbindung während der Lagerhaltung des Schaltwerks häufig zu einem unbeabsichtigten Lösen der Bimetall-Schnappscheibe und/oder der Feder-Schnappscheibe von dem Kontaktteil führt.
Eine weitere Möglichkeit der Vorproduktion des Schaltwerks als Halbfabrikat ist aus der DE 29 17 482 A1 und der DE 10 2007 014 237 A1 bekannt. Die unverlierbare Einheit des Schaltwerks wird hierbei dadurch erreicht, dass die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe über einen Niet miteinander verbunden werden. Dieser Niet kann je nach Bauform des Schalters auch das bewegliche Kontaktteil des Schaltwerks bilden. Der Niet ist zweiteilig aufgebaut und weist einen mit einem Hohlniet zusammenwirkenden Nietbolzen oder einen Nietbolzen mit einem daran befestigten Gegenhalter auf.
Während sich diese Art der Nietverbindung zwischen Feder-Schnappscheibe und Bimetall-Schnappscheibe als mechanisch langzeitbeständige Verbindung herausgestellt hat, führt die Nietverbindung jedoch zu anderen Nachteilen. So kommt es meist zu einer fixen Einspannung der Bimetall-Schnappscheibe an dem Niet, was zu Verformungen und damit zu Fehlfunktionen der Bimetall-Schnappscheibe führen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein temperaturabhängiges Schaltwerk bereitzustellen, das sich einfach und preiswert aus möglichst wenigen Bauteilen als Halbfabrikat produzieren lässt und als Schüttgut auf Lager gehalten werden kann, ohne dabei anfällig für Beschädigungen zu sein, die zu einem Defekt des Schaltwerks führen. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen temperaturabhängigen Schaltwerks bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein temperaturabhängiges Schaltwerk gemäß Anspruch 1 gelöst, mit:

- einer temperaturabhängigen Bimetall-Schnappscheibe, die ein erstes Durchgangsloch aufweist;
- einer temperaturunabhängigen Feder-Schnappscheibe, die ein zweite Durchgangsloch aufweist; und
- einem elektrisch leitfähigen Kontaktteil, das einen Grundkörper aufweist, der durch das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch hindurchgeführt ist;
- wobei das Kontaktteil eine radial von dem Grundkörper abstehende Auflageschulter, ein radial von dem Grundkörper abstehendes erstes Arretierelement, das auf einer ersten Seite der Auflageschulter angeordnet ist, und ein radial von dem Grundkörper abstehendes zweites Arretierelement, das auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter angeordnet ist, aufweist,
- wobei die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe zwischen dem ersten Arretierelement und der Auflageschulter angeordnet ist und von dem ersten Arretierelement und der Auflageschulter unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils gehalten ist,
- wobei die temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe zwischen dem zweiten Arretierelement und der Auflageschulter angeordnet ist und von dem zweiten Arretierelement und der Auflageschulter unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils gehalten ist, und
- wobei das Kontaktteil einteilig ausgebildet ist und der Grundkörper integral mit der Auflageschulter, dem ersten Arretierelement und dem zweiten Arretierelement verbunden ist.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe gemäß Anspruch 13 durch ein Verfahren zur Herstellung eines temperaturabhängigen Schaltwerks gelöst, welches folgende Schritte umfasst:

- Bereitstellen einer temperaturabhängigen Bimetall-Schnappscheibe, die ein erstes Durchgangsloch aufweist;
- Bereitstellen einer temperaturunabhängigen Feder-Schnappscheibe, die ein zweite Durchgangsloch aufweist;
- Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Kontaktteils, das einen Grundkörper und eine radial von dem Grundkörper abstehende Auflageschulter aufweist;
- Hindurchführen des Grundkörpers durch das erste Durchgangsloch, so dass die Bimetall-Schnappscheibe auf einer ersten Seite der Auflageschulter angeordnet ist;
- Hindurchführen des Grundkörpers durch das zweite Durchgangsloch, so dass die Feder-Schnappscheibe auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter angeordnet ist;
- Umformen eines ersten Teils des Grundkörpers, der auf der ersten Seite der Auflageschulter angeordnet ist, um ein erstes Arretierelement derart zu erzeugen, dass die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe zwischen dem ersten Arretierelement und der Auflageschulter angeordnet ist und von dem ersten Arretierelement und der Auflageschulter unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils gehalten wird; und
- Umformen eines zweiten Teils des Grundkörpers, der auf der zweiten Seite der Auflageschulter angeordnet ist, um ein zweites Arretierelement derart zu erzeugen, dass die temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe zwischen dem zweiten Arretierelement und der Auflageschulter angeordnet ist und von dem zweiten Arretierelement und der Auflageschulter unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Schaltwerk weist ein elektrisch leitfähiges Kontaktteil auf, das durch Durchgangslöcher, welche jeweils in der Bimetall-Schnappscheibe und der Feder-Schnappscheibe hindurchgeführt ist. Das Kontaktteil ragt also durch beide Schnappscheiben hindurch. Es besitzt eine radial hervorstehende Auflageschulter, an der die beiden Schnappscheiben von gegenüberliegenden Seiten aus anliegen. Arretierelemente, die beidseits dieser Auflageschulter angeordnet sind, halten die jeweilige Schnappscheibe zwischen der Auflageschulter und dem jeweiligen Arretierelement unverlierbar, aber mit Spiel an dem Kontaktteil. Das Kontaktteil bildet somit zusammen mit der Bimetall-Schnappscheibe und der Feder-Schnappscheibe eine unverlierbare Einheit, die als Halbfabrikat vorproduzierbar ist und als Schüttgut auf Lager gehalten werden kann und sich dann bei der Montage des Schalters als Einheit gesamthaft in ein entsprechendes Schaltergehäuse einsetzen lässt.
Die Arretierelemente zum Halten und Arretieren der Bimetall-Schnappscheibe und der Feder-Schnappscheibe sind integral mit dem Grundkörper des Kontaktteils verbunden. Die Arretierelemente werden durch Umformen eines jeweiligen Teils des Grundkörpers erzeugt. Das Kontaktteil ist somit einteilig ausgebildet und der Grundkörper des Kontaktteils integral mit der Auflageschulter und den beiden Arretierelementen verbunden.
Insgesamt lässt sich somit aus dem Kontaktteil, der Bimetall-Schnappscheibe und der Feder-Schnappscheibe ein lediglich dreiteilig aufgebautes Schaltwerk ausbilden, das als unverlierbare Einheit realisiert ist. Dieser dreiteilige Aufbau hat sowohl den Vorteil möglichst weniger, notwendiger Bauteile als auch den Vorteil eines mechanisch sehr stabilen und widerstandsfähigen Aufbaus des Schaltwerks.
Anders als bei dem aus der DE 10 2011 119 632 B3 bekannten Schalter kann es zu keiner Zerstörung der Schweiß- oder Lötverbindung zwischen der Feder-Schnappscheibe und dem Kontaktteil kommen, da eine solche nicht vorhanden ist.
Auch ein unabsichtliches Lösen der Bimetall-Schnappscheibe und/oder der Feder-Schnappscheibe von dem Kontaktteil, wie es bezüglich der DE 199 19 648 A1 beschrieben wurde, ist aufgrund der Arretierelemente kaum möglich.
Der einteilige Aufbau des Kontaktteils ist sowohl aus mechanischen Gründen als auch in Bezug auf die geringeren Herstellungskosten dessen vorteilhaft gegenüber den zweiteilig aufgebauten Nietverbindungen, wie sie bei den aus der DE 10 2007 014 237 A1 und der DE 29 17 482 A1 bekannten Schaltern verwirklicht sind. Zudem werden die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe mit Hilfe der Arretierelemente mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils gehalten, so dass es kaum zu unerwünschten Spannungen und daraus resultierenden Verformungen der beiden Schnappscheiben kommen kann.
Die oben genannte Aufgabe ist somit vollständig gelöst.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das erste Arretierelement mindestens eine radial von dem Grundkörper abstehende und mit diesem integral ausgebildete erste Haltekralle oder einen radial von dem Grundkörper abstehenden, den Umfang des Grundkörpers umlaufenden ersten umgebördelten Kragen auf. Ebenso weist das zweite Arretierelement gemäß dieser Ausgestaltung mindestens eine radial von dem Grundkörper abstehende und mit diesem integral ausgebildete zweite Haltekralle oder einen radial von dem Grundkörper abstehenden, den Umfang des Grundkörpers umlaufenden zweiten umgebördelten Kragen auf.
Pro Arretierelement (erstes und zweites Arretierelement) können eine oder mehrere Haltekrallen vorgesehen sein. Die Haltekrallen können einzelne Umfangsabschnitte des Grundkörpers bilden oder den gesamten Umfang des Grundkörpers umlaufen. Diese Haltekrallen können als umgebogene bzw. umgebördelte Haltekrallen ausgestaltet sein.
Anstelle von Haltekrallen kann auch jeweils ein umlaufender Kragen als Arretierelement fungieren. Dieser Kragen kann durch Umbördeln eines am Grundkörper des Kontaktteils entsprechend vorgeformten Teils erzeugt werden. Alternativ dazu kann der Kragen auch durch eine in den Grundkörper eingebrachte, umlaufende Schnittkerbe hergestellt werden, durch die das radial weiter außen liegende Material des Grundkörpers radial nach außen gebogen wird und den Kragen bildet.
Die beiden Schnappscheiben werden auf diese Weise unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper gehalten. Die Herstellung dieser Arretierelemente ist denkbar einfach. Aufgrund ihrer integral mit dem Grundkörper verbundenen Ausbildung, sind die Arretierelemente auf eine mechanisch sehr stabile Art und Weise ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein erster Abstand zwischen einer auf der ersten Seite der Auflageschulter angeordneten Oberseite des Kontaktteils und einer auf der zweiten Seite der Auflageschulter angeordneten Unterseite des Kontaktteils größer als ein zweiter Abstand zwischen dem ersten Arretierelement und dem zweiten Arretierelement.
Anders ausgedrückt, sind die Arretierelemente in einem Bereich zwischen der freien Oberseite und der freien Unterseite des Kontaktteils angeordnet. Dementsprechend kann das Kontaktteil mit seiner freien Oberseite und seiner freien Unterseite an entsprechenden Gegenkontakten oder Gegenanlageflächen anliegen, ohne dass die Arretierelemente mit den Gegenkontakten oder den Gegenanlageflächen in Berührung kommen. Hierdurch wird einerseits eine exakt definierte Anlage des Kontaktteils mit den Gegenkontakten oder den Gegenanlageflächen erzeugt und andererseits eine Beschädigung der Arretierelemente verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Bimetall-Schnappscheibe mit größerem Spiel an dem Grundkörper gehalten als die Feder-Schnappscheibe.
Die Feder-Schnappscheibe ist also zwischen der Auflageschulter und dem zweiten Arretierelement vorzugsweise enger eingespannt als dies die Bimetall-Schnappscheibe zwischen der Auflageschulter und dem ersten Arretierelement ist. Die Bimetall-Schnappscheibe weist so gegenüber dem Kontaktteil eine größere Beweglichkeit auf als die Feder-Schnappscheibe. Dies garantiert einerseits einen möglichst guten elektrischen Kontakt zwischen der Feder-Schnappscheibe und dem Kontaktteil und ermöglicht andererseits eine ausreichende Beweglichkeit der Bimetall-Schnappscheibe, was in Bezug auf deren Lebensdauer von Vorteil ist.
Da die Bimetall-Schnappscheibe, anders als die Feder-Schnappscheibe, vorzugsweise nicht als ein stromführendes Bauteil des Schaltwerks eingesetzt wird, muss zwischen der Bimetall-Schnappscheibe und dem Kontaktteil keine allzu eng dimensionierte Einspannung bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Schaltwerk rotationssymmetrisch um eine Längsachse des Kontaktteils ausgestaltet.
Das Schaltwerk lässt sich damit sehr einfach in ein Schaltergehäuse einsetzen. Zudem lässt sich dadurch eine optimale Krafteinwirkung von den beiden Schnappscheiben auf das Kontaktteil realisieren, die in Umfangsrichtung gleich verteilt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Durchgangsloch zentral in der Bimetall-Schnappscheibe angeordnet. Genauso ist das zweite Durchgangsloch bevorzugt zentral in der Feder-Schnappscheibe angeordnet.
Die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe sind vorzugsweise jeweils kreisscheibenförmig ausgestaltet. Ferner sind die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe vorzugsweise jeweils bistabil ausgestaltet.
„Bistabil“ bedeutet in dieser Hinsicht, dass beide Schnappscheiben jeweils zwei unterschiedliche, stabile geometrische Konfigurationen/Stellungen (hier synonym verwendet) aufweisen, wobei die beiden stabilen Konfigurationen/Stellungen der Bimetall-Schnappscheibe temperaturabhängig sind und die beiden stabilen Konfigurationen/Stellungen der Feder-Schnappscheibe temperaturunabhängig sind. Dies bewirkt, dass die beiden Schnappscheibe nach deren Umschnappen von der einen in die jeweils andere Stellung stabil in der jeweiligen Stellung verbleiben, ohne dass es zu einem unerwünschten Zurückschnappen kommt. Ein Umschnappen des Schaltwerks erfolgt somit lediglich bei einem Überschreiten der Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe und einem Unterschreiten der Rücksprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe. Die Feder-Schnappscheibe schnappt dabei jeweils gemeinsam mit der Bimetall-Schnappscheibe und forciert durch diese in ihre jeweils andere Konfiguration/Stellung um.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Schaltwerk ferner ein Schaltwerksgehäuse auf, das die Bimetall-Schnappscheibe, die Feder-Schnappscheibe und das Kontaktteil unverlierbar, aber mit Spiel hält.
Dieses Schaltwerksgehäuse ist nicht zu verwechseln mit dem typischen Schaltergehäuse, welche das Umgehäuse des Schalters bildet. Das gemäß dieser Ausgestaltung verwendete Schaltwerksgehäuse ist ein zusätzliches Gehäuse, in dem das Schaltwerk bereits vor dessen Einbau in das Schalterumgehäuse angeordnet sein kann.
Das Schaltwerk kann auf diese Weise in dem Schaltwerksgehäuse bereits als Halbfabrikat vorproduziert sein und anschließend zusammen mit dem Schaltwerksgehäuse in das Schalterumgehäuse eingesetzt werden.
Das Schaltwerksgehäuse hat einerseits den Vorteil, dass die fragilen Bauteile des Schaltwerks, wie z.B. die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe, während der Lagerhaltung durch das Schaltwerksgehäuse geschützt sind. Andererseits ermöglicht das zusätzlich Schaltwerksgehäuse einen wesentlich vereinfachten Einbau des Schaltwerks in dem Schalterumgehäuse, da das Schaltwerksgehäuse bereits eine Vorpositionierung des Schaltwerks ermöglicht. Ferner lässt sich durch das zusätzliche Schaltwerksgehäuse ein extrem druckstabiler Schalter realisieren.
Das Schaltwerksgehäuse umgibt die Bimetall-Schnappscheibe und die Feder-Schnappscheibe von einer ersten Gehäuseseite, einer der ersten Gehäuseseite gegenüberliegenden zweiten Gehäuseseite und einer zwischen und quer zu der ersten und der zweiten Gehäuseseite verlaufenden Gehäuseumfangsseite vorzugsweise zumindest teilweise, wobei die erste Gehäuseseite eine Öffnung aufweist, durch die das Kontaktteil von außerhalb des Schaltwerksgehäuses zugänglich ist.
Der zu dem Kontaktteil als Gegenstück fungierende stationäre Kontakt kann also weiterhin an dem Schalter(um-)Gehäuse angeordnet sein, da das Kontaktteil über die genannte Öffnung aus dem Schaltwerksgehäuse hinausragt. Somit kann ein erster elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktteil und dem an dem Schalterumgehäuse angeordneten Gegenkontakt stattfinden. Der zweite elektrische Kontakt zwischen dem Schaltwerk und dem zweiten stationären Kontakt, der ebenfalls an dem Schalterumgehäuse angeordnet ist, kann über das Schaltwerksgehäuse hergestellt werden.
Ein Durchmesse der Öffnung im Schaltwerksgehäuse ist vorzugsweise kleiner als ein parallel dazu gemessener Durchmesser der Bimetall-Schnappscheibe.
Die Bimetall-Schnappscheibe ist somit sicher in dem Schaltwerksgehäuse gehalten und kann sich auch bei entsprechender Erschütterung aus diesem nicht herauslösen.
Das Schaltwerksgehäuse ist vorzugsweise einstückig ausgestaltet und weist ein elektrisch leitfähiges Material auf. Besonders bevorzugt ist das Schaltwerksgehäuse aus Metall ausgestaltet.
Das Schaltwerksgehäuse wird in dem Schalter vorzugsweise als stromführendes Bauteil eingesetzt. Die Feder-Schnappscheibe stützt sich vorzugsweise im Inneren des Schaltwerksgehäuses an diesem ab, so dass der Strom in verbautem Zustand des Schalters und in geschlossener Schalterstellung von einem Anschluss des Schalters über das Schaltwerksgehäuse, die Feder-Schnappscheibe und das Kontaktteil an den anderen Anschluss des Schalters fließt.
Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur das Schaltwerk selbst, sondern auch den temperaturabhängigen Schalter, in dem ein solches temperaturabhängiges Schaltwerk eingesetzt wird. Der temperaturabhängiger Schalter weist ein das Schaltwerk umgebende Schalter(um)gehäuse auf, das einen ersten elektrischen Anschluss und einen zweiten elektrischen Anschluss hat, wobei das Schaltwerk dazu eingerichtet ist, unterhalb einer Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss herzustellen und bei Überschreiten der Ansprechtemperatur die elektrische Verbindung zu unterbrechen.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht des temperaturabhängigen Schaltwerks gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittansicht des temperaturabhängigen Schaltwerks gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittansicht des temperaturabhängigen Schaltwerks gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Schnittansicht des temperaturabhängigen Schaltwerks gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schalters in seiner Tieftemperaturstellung;
6 eine schematische Schnittansicht des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schalters in seiner Hochtemperaturstellung; und
7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsschritts bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltwerks gemäß dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel.

1-4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schaltwerks jeweils in einer schematischen Schnittansicht. Das Schaltwerk ist darin jeweils in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Bei dem Schaltwerk 10 handelt es sich um ein temperaturabhängiges Schaltwerk. Wie weiter unten näher erläutert ist, schaltet das Schaltwerk 10 in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen einer Tieftemperaturstellung und einer Hochtemperaturstellung. In 1-4 ist jeweils die Tieftemperaturstellung des Schaltwerks 10 gezeigt.
Das Schaltwerk 10 ist dreiteilig aufgebaut. Es weist eine temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe 12, eine temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe 14 sowie ein Kontaktteil 16 auf. Die Bimetall-Schnappscheibe 12 und die Feder-Schnappscheibe 14 sind an dem Kontaktteil unverlierbar, aber mit Spiel gehalten. Das Schaltwerk 10 kann somit als Halbfabrikat vorproduziert werden und dann als gesamte Einheit in einem entsprechenden Schalter, wie er bspw. in 5 und 6 gezeigt ist, verbaut werden. Da die beiden Schnappscheiben 12, 14 an dem Kontaktteil 16 unverlierbar gehalten sind, wird ein unbeabsichtigtes Lösen der beiden Schnappscheiben 12, 14 von dem Kontaktteil 16 verhindert.
Die beiden Schnappscheiben 12, 14 sind vorzugsweise kreisscheibenförmig ausgestaltet, wobei diese jeweils ein zentral angeordnetes Durchgangsloch 18, 20 aufweisen. Das in der Bimetall-Schnappscheibe 12 zentral angeordnete Durchgangsloch 18 wird vorliegend als erstes Durchgangsloch bezeichnet. Das in der Feder-Schnappscheibe 14 angeordnete Durchgangsloch 20 wird als zweites Durchgangsloch bezeichnet.
Die beiden Schnappscheiben 12, 14 sind mit ihrem jeweiligen Durchgangsloch 18, 20 von gegenüberliegenden Seiten über das Kontaktteil 16 gestülpt. Somit durchdringt das Kontaktteil 16 beide Schnappscheiben 12, 14 an zentraler Stelle. Das Kontaktteil 16 weist einen Grundkörper 22 auf, der vorzugsweise massiv ausgestaltet ist und ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Dieser Grundkörper 22 ist durch die beiden Durchgangslöcher 18, 20 hindurchgeführt.
In etwa mittig, also ca. auf halber Höhe, weist das Kontaktteil 16 eine von dem Grundkörper 22 radial abstehende Auflageschulter 24 auf. An dieser Auflageschulter 24 liegen die beiden Schnappscheiben 12, 14 von gegenüberliegenden Seiten aus an. Die Bimetall-Schnappscheibe 12 ist auf einer ersten Seite der Auflageschulter 24 angeordnet, welche in 1-4 die Oberseite bildet. Die Feder-Schnappscheibe 14 ist auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter 24 angeordnet, welche in 1-4 die Unterseite bildet.
An dem Kontaktteil 16 sind ferner Arretierelemente 26, 28 ausgebildet, mit Hilfe derer die beiden Schnappscheiben 12, 14 an dem Kontaktteil 16 gehalten werden. Die beiden Arretierelemente 26, 28 stehen radial von dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 ab. Das erste Arretierelement 26 ist auf der ersten Seite der Auflageschulter 24 angeordnet. Das zweite Arretierelement 28 ist auf der gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter 24 angeordnet.
Die Bimetall-Schnappscheibe 12 ist zwischen dem ersten Arretierelement 26 und der Auflageschulter 24 angeordnet und wird aufgrund der radialen Auskragung des ersten Arretierelements 26 und der Auflageschulter 24 zwischen dem ersten Arretierelement 26 und der Auflageschulter 24 unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 gehalten.
Die Feder-Schnappscheibe 14 ist zwischen dem zweiten Arretierelement 28 und der Auflageschulter 24 angeordnet und wird aufgrund der radialen Auskragung des zweiten Arretierelements 28 und der Auflageschulter 24 zwischen dem zweiten Arretierelement 28 und der Auflageschulter 24 unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 gehalten.
Das Kontaktteil 16 ist mitsamt der Auflageschulter 24 und den beiden Arretierelementen 26, 28 einteilig ausgebildet. Die Auflageschulter 24 wie auch die beiden Arretierelemente 26, 28 sind mit anderen Worten also integral mit dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 ausgebildet.
In dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Arretierelemente 26, 28 jeweils als ein in Umfangsrichtung umlaufender Kragen ausgestaltet, der durch jeweils eine in Umfangsrichtung umlaufende Schnittkerbe 30 bzw. 32 gebildet ist. Der das erste Arretierelement 26 bildende, in Umfangsrichtung umlaufende Kragen steht schräg nach oben radial von dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 ab. Der das zweite Arretierelement 28 bildende Kragen, steht schräg nach unten radial von dem Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 ab.
Beide Kragen lassen sich relativ einfach durch Einformen einer umlaufenden Schnittkerbe 30 bzw. 32 in das Kontaktteil 16 einformen. Die Schnittkerben 30, 32 werden in das Kontaktteil 16 eingeformt, nachdem die beiden Schnappscheiben 12, 14 mit ihren Durchgangslöchern 18, 20 über den Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 gestülpt wurden.
Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel weisen die Arretierelemente 26, 28 jeweils mindestens eine Haltekralle 34 bzw. 36 auf. Beide Arretierelemente 26, 28 können dabei entweder eine radial umlaufende, sich über den gesamten Umfang des Kontaktteils erstreckende Haltekralle 34, 36 aufweisen. Solche umlaufende Haltekrallen bilden dann sehr ähnliche Arretierelemente wie die in 1 gezeigten Kragen.
Alternativ dazu ist es möglich, dass beide Arretierelemente 26, 28 jeweils mehrere solcher Haltekrallen 34, 36 aufweisen, die in Umfangsrichtung beabstandet voneinander an dem Kontaktteil 16 angeordnet sind. Zwischen diesen einzelnen, umfänglich verteilten Haltekrallen existieren dann Zwischenräume.
Unabhängig davon, ob sich die beiden Haltekrallen 34, 36 jeweils durchgängig über den gesamten Umfang des Kontaktteils erstrecken oder mehrere über den Umfang verteilte Krallenelemente aufweisen, werden die Haltekrallen 34, 36 vorzugsweise durch Umformen bzw. Umbördeln entsprechend vorgeformter Krallenelemente hergestellt. Ein Teil dieses Herstellungsprozesses ist in 7 schematisch dargestellt.
7 zeigt insbesondere das Umbördeln der unteren Haltekralle 36, welche später das zweite Arretierelement 28 bildet, die der Befestigung der Feder-Schnappscheibe 14 an dem Kontaktteil 16 dient. Im Ausgangszustand stehen die vorgeformten Haltekrallen 34, 36 in axialer Richtung von dem Grundkörper 22 nach oben bzw. unten ab. Sie werden durch einen geeigneten Pressstempel 38 umgebördelt. Dieser Pressstempel 38 weist an seinem radial äußeren Ende eine umfangsseitig angeordnete Abschrägung 40 auf, mit der der Pressstempel 38 die Haltekralle 36 während des Umformvorgangs kontaktiert. Ein zu dem Pressstempel 38 als Gegenstück fungierender Gegenhalter 42 drückt dabei von der gegenüberliegenden Seite auf die Auflageschulter 24 des Kontaktteils 16. Die Haltekralle 36 wird somit von dem Pressstempel 38 umgebogen bzw. umgebördelt. Dies ist in 7 durch die Pfeile 44 angedeutet. Die Feder-Schnappscheibe 14 liegt während dieses Prozesses vorzugsweise auf einer radial umlaufenden Auflagefläche 46 auf.
Die Montage und Fixierung der Bimetall-Schnappscheibe 12 erfolgt äquivalent dazu. Hierzu wird das Kontaktteil 16 mitsamt der daran befestigten Feder-Schnappscheibe 14 um eine zur Blattebene orthogonal ausgerichtete Achse um 180° gewendet und die Bimetall-Schnappscheibe über den Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 gestülpt, so dass diese im Vergleich zu der Feder-Schnappscheibe 14 auf der gegenüberliegenden Seite der Auflageschulter 24 angeordnet ist. Die Haltekralle 34 kann dann mit Hilfe desselben Pressstempels 38 radial nach außen gebogen werden, so dass auch diese letztendlich an dem Kontaktteil 16 befestigt ist.
Der Grundkörper 22 des Kontaktteils 16 ist an seiner Oberseite 48 vorzugsweise konvex geformt. Das Kontaktteil 16 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein Abstand d₁ zwischen der Oberseite 48 und der Unterseite 50 des Kontaktteils 16 größer ist als ein Abstand d₂ zwischen dem ersten Arretierelement 26 und dem zweiten Arretierelement 28.
Vorzugsweise steht zumindest die Oberseite 48 des Kontaktteils 16 gegenüber dem ersten Arretierelement 26 nach oben hin ab. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da das Kontaktteil 16 mit seiner Oberseite 48 an einem entsprechenden Gegenkontakt zur Anlage kommt und die Arretierelemente 26, 28 dabei keine Kollision mit dem Gegenkontakt verursachen.
Ferner ist es für die Funktion des Schaltwerks 10 von Vorteil, wenn die Bimetall-Schnappscheibe 12 mit größerem Spiel an dem Kontaktteil 16 gehalten ist als die Feder-Schnappscheibe 14. Dadurch wird eine ausreichend freie Beweglichkeit des Bimetall-Schnappscheibe 12 garantiert. Gleichzeitig garantiert das etwas geringere Spiel zwischen der Feder-Schnappscheibe 14 und dem Kontaktteil 16 einen möglichst guten elektrischen Kontakt zwischen diesen beiden Bauteilen.
3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schaltwerks 10. Die Ausgestaltung der Bimetall-Schnappscheibe 12, der Feder-Schnappscheibe 14 und des Kontaktteils 16 stimmt mit der in 1 gezeigten Ausführungsform überein. Zusätzlich dazu weist das Schaltwerk 10 gemäß den in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ein Schaltwerksgehäuse 52 auf. In diesem Schaltwerksgehäuse 52 ist die aus der Bimetall-Schnappscheibe 12, der Feder-Schnappscheibe 14 und dem Kontaktteil 16 bestehende Einheit unverlierbar, aber mit Spiel gehalten.
Das Schaltwerksgehäuse 52 umgibt die Bimetall-Schnappscheibe 12 und die Feder-Schnappscheibe 14 von einer ersten Gehäuseseite 54, einer der ersten Gehäuseseite 54 gegenüberliegenden zweiten Gehäuseseite 56 und einer zwischen und quer zu der ersten und der zweiten Gehäuseseite 54, 56 verlaufenden Gehäuseumfangsseite 58 zumindest teilweise. Auf der ersten Gehäuseseite 54 ist in dem Schaltwerksgehäuse 52 eine Öffnung 60 vorgesehen, durch die das Kontaktteil 16 von außerhalb des Schaltwerksgehäuses 52 zugänglich ist.
Ein Durchmesser D₁ der Öffnung 60 ist kleiner als ein parallel dazu gemessener Durchmesser D₂ der Bimetall-Schnappscheibe 12. Somit ist das Kontaktteil 16 zwar von außen durch die Öffnung 60 zugänglich, die Bimetall-Schnappscheibe 12 kann sich jedoch nicht aus dem Schaltwerksgehäuse 52 herauslösen.
Das Schaltwerksgehäuse 52 ist vorzugsweise einstückig ausgestaltet und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, bspw. aus Metall. Das Schaltwerk 10 ist sowohl inklusive als auch exklusive des Schaltwerksgehäuses 52 vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine Längsachse 62 des Kontaktteils 16 ausgestaltet.
Die beiden in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele des Schaltwerks 10 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Form des Schaltwerksgehäuses 52. Während der auf der zweiten Gehäuseseite 56 angeordnete Boden 64 in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel im Schnitt bogenförmig ausgestaltet ist und eine Art konvexe Kuppel bildet, ist der Boden 64 in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen tellerartig ausgestaltet und weist in einem zentralen Abschnitt eine topfartige Ausbuchtung 66 auf.
Selbstverständlich sind weitere Formen des Schaltwerksgehäuses 52 möglich. Wichtig ist jedoch, dass sich das Kontaktteil 16 bei einem Umschnappen der Schnappscheiben 12, 14 von der in 3 und 4 gezeigten Stellung aus innerhalb des Schaltwerksgehäuses 52 nach unten bewegen können. Der Grund hierfür ist insbesondere aus den nachfolgenden Erläuterungen zur Funktion des in 5 und 6 gezeigten temperaturabhängigen Schalters ersichtlich.
In 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines temperaturabhängigen Schalters, in dem das erfindungsgemäße Schaltwerk 10 einsetzbar ist, jeweils in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Der Schalter ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 gekennzeichnet.
5 zeigt die Tieftemperaturstellung des Schalters 100. 6 zeigt die Hochtemperaturstellung des Schalters 100.
Der Schalter 100 weist gemäß dem in 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Schaltergehäuse 68 auf, welches als Umgehäuse für das Schaltwerk 10 fungiert. Das Schaltwerk 10 ist mitsamt seinem Schaltwerksgehäuse 52 in das Schaltergehäuse 68 eingesetzt. Das Schaltwerk 10 entspricht der in 3 gezeigten Ausführungsform. Es versteht sich jedoch, dass auch das in 4 gezeigte Schaltwerk in äquivalenter Form in das Schaltergehäuse 68 des Schalters 100 einsetzbar ist. Ebenso kann auch ein Schaltwerk 10 ohne Schaltwerksgehäuse 52, wie es bspw. in 1 und 2 gezeigt ist, in das Schaltergehäuse 68 des Schalters 100 eingesetzt werden, ohne dass dies die grundsätzliche Funktion des Schalters 100 ändert.
Das Schaltergehäuse 68 umfasst ein topfartiges Unterteil 70 sowie ein Deckelteil 72, das durch einen umgebogenen oder umgebördelten Rand 74 an dem Unterteil 70 gehalten wird.
Sowohl das Unterteil 70 als auch das Deckelteil 72 sind in dem in 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall, ausgestaltet. Zwischen dem Unterteil 70 und dem Deckelteil 72 ist eine Isolierfolie 76 angeordnet. Die Isolierfolie 76 sorgt für eine elektrische Isolation des Unterteils 70 gegenüber dem Deckelteil 72. Ebenso sorgt die Isolierfolie 76 für eine mechanische Abdichtung, die verhindert, dass Flüssigkeiten oder Verunreinigungen von außen in das Gehäuseinnere eintreten.
Da das Unterteil 70 und das Deckelteil 72 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus elektrisch leitendem Material gefertigt sind, kann über ihre Außenflächen thermischer Kontakt zu einem zu schützenden elektrischen Gerät hergestellt werden. Die Außenflächen dienen gleichzeitig auch dem elektrischen Außenanschluss des Schalters 100. So kann bspw. die Außenfläche 71 des Deckelteils 72 als erster elektrischer Anschluss fungieren und die Außenseite 73 des Unterteils 70 als zweiter elektrischer Anschluss fungieren.
Außen an dem Deckelteil 72 kann, wie in 5 und 6 gezeigt, noch eine weitere Isolationsschicht 78 angeordnet sein.
Das Schaltwerk 10 ist zwischen dem Unterteil 70 und dem Deckelteil 72 geklemmt, angeordnet. Ein Distanzring 80, an dem das Schaltwerksgehäuse 52 umfangsseitig anliegt, dient der Positionierung des Schaltwerks 10. Dabei ist es insbesondere wichtig, dass das Kontaktteil 16 gegenüber einem Gegenkontakt 82, der auf der Innenseite des Deckelteils 72 angeordnet ist, ausgerichtet ist. Dieser Gegenkontakt 82 wird vorliegend auch als erster stationärer Kontakt bezeichnet. Als zweiter stationärer Kontakt dient die Innenseite 75 des Unterteils 70.
In der in 5 gezeigten Stellung befindet sich der Schalter 100 in seiner Tieftemperaturstellung, in der sich die temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe 14 in ihrer ersten Konfiguration und die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe 12 in ihrer Tieftemperaturkonfiguration befinden. Die Feder-Schnappscheibe 14 drückt dabei das Kontaktteil 16 gegen den Gegenkontakt 82. Der Schalter 100 befindet sich somit in seiner geschlossenen Stellung, in der eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten stationären Kontakt 82 und dem zweiten stationären Kontakt 75 über das Kontaktteil 16 und die Feder-Schnappscheibe 14 hergestellt ist. Der Kontaktdruck zwischen dem Kontaktteil 16 und dem ersten stationären Kontakt 82 wird durch die Feder-Schnappscheibe 14 erzeugt. Die Bimetall-Schnappscheibe 12 ist in diesem Zustand hingegen nahezu kräftefrei.
Erhöht sich nun die Temperatur des zu schützenden Gerätes und damit die Temperatur des Schalters 100, sowie der darin angeordneten Bimetall-Schnappscheibe 12 auf die Schalttemperatur der Bimetall-Schnappscheibe 12, oder über diese Schalttemperatur hinaus, so schnappt diese von ihrer in 5 gezeigten, konvexen Tieftemperaturkonfiguration in ihre konkave Hochtemperaturkonfiguration um, die in 6 gezeigt ist. Bei diesem Umschnappen stützt sich die Bimetall-Schnappscheibe 12 mit ihrem äußeren Rand an der ersten Gehäuseseite 54 des Schaltwerksgehäuses 52 ab. Mit ihrem Zentrum zieht die Bimetall-Schnappscheibe 12 das bewegliche Kontaktteil 16 nach unten und hebt das bewegliche Kontaktteil 16 von dem ersten stationären Kontakt 82 ab. Dadurch biegt sich gleichzeitig die Feder-Schnappscheibe 14 an ihrem Zentrum nach unten durch, so dass die Feder-Schnappscheibe 14 von ihrer in 5 gezeigten, ersten stabilen geometrischen Konfiguration in ihre in 6 gezeigte, zweite geometrisch stabile Konfiguration umschnappt. 6 zeigt die Hochtemperaturstellung des Schalters 100, in der dieser geöffnet ist. Der Stromkreis ist damit unterbrochen.
Sofern das Schaltwerk 10 kein Schaltwerksgehäuse 52 aufweist, stützt sich die Bimetall-Schnappscheibe 12 in der Hochtemperaturstellung des Schalters 100 an dem Deckelteil 72 unter Zwischenlage der Isolierfolie 76 ab.
Wenn sich das zu schützende Gerät und damit der Schalter 100 samt Bimetall-Schnappscheibe 12 dann wieder abkühlen, so schnappt die Bimetall-Schnappscheibe 12 bei Erreichen der Rückschalttemperatur, welche auch als Rücksprungtemperatur bezeichnet wird, wieder in ihre Tieftemperaturstellung um, wie sie bspw. in 5 gezeigt ist. Somit lässt sich ein reversibles Schaltverhalten realisieren.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass eine Rückschaltung des Schalters nach einmal erfolgtem Umschnappen in die Hochtemperaturstellung durch eine entsprechende Schließsperre verhindert wird. Derartige Schließsperren, die insbesondere bei Einmalschaltern verwendet werden, bei denen ein Rückschalten unterbunden werden soll, sind aus dem Stand der Technik bereits in einer Vielzahl bekannt.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Schaltwerk 10, wie es bspw. in 1-4 in unterschiedlichen Ausführungsformen gezeigt ist, auch in anderen Schalterarten von temperaturabhängigen Schaltern einsetzbar ist. 5 und 6 zeigen lediglich eine mögliche Bauweise eines temperaturabhängigen Schalters, in dem das erfindungsgemäße Schaltwerk 10 einsetzbar ist.

Claims

Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) für einen temperaturabhängigen Schalter (100), mit: - einer temperaturabhängigen Bimetall-Schnappscheibe (12), die ein erstes Durchgangsloch (18) aufweist; - einer temperaturunabhängigen Feder-Schnappscheibe (14), die ein zweite Durchgangsloch (20) aufweist; und - einem elektrisch leitfähigen Kontaktteil (16), das einen Grundkörper (22) aufweist, der durch das erste Durchgangsloch (18) und das zweite Durchgangsloch (20) hindurchgeführt ist; wobei das Kontaktteil (16) eine radial von dem Grundkörper (22) abstehende Auflageschulter (24), ein radial von dem Grundkörper (22) abstehendes erstes Arretierelement (26), das auf einer ersten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, und ein radial von dem Grundkörper (22) abstehendes zweites Arretierelement (28), das auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, aufweist, wobei die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe (12) zwischen dem ersten Arretierelement (26) und der Auflageschulter (24) angeordnet ist und von dem ersten Arretierelement (26) und der Auflageschulter (24) unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper (22) des Kontaktteils (16) gehalten ist, wobei die temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe (14) zwischen dem zweiten Arretierelement (28) und der Auflageschulter (14) angeordnet ist und von dem zweiten Arretierelement (28) und der Auflageschulter (24) unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper (22) des Kontaktteils (16) gehalten ist, und wobei das Kontaktteil einteilig ausgebildet ist und der Grundkörper (22) integral mit der Auflageschulter (24), dem ersten Arretierelement (26) und dem zweiten Arretierelement (28) verbunden ist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Arretierelement (26) mindestens eine radial von dem Grundkörper (22) abstehende und mit diesem integral ausgebildete erste Haltekralle (34) oder einen radial von dem Grundkörper (22) abstehenden, den Umfang des Grundkörpers (22) umlaufenden ersten Kragen aufweist, und wobei das zweite Arretierelement (28) mindestens eine radial von dem Grundkörper (22) abstehende und mit diesem integral ausgebildete zweite Haltekralle (36) oder einen radial von dem Grundkörper (22) abstehenden, den Umfang des Grundkörpers (22) umlaufenden zweiten Kragen aufweist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erster Abstand (d₁) zwischen einer auf der ersten Seiten der Auflageschulter (24) angeordneten Oberseite (48) des Kontaktteils (16) und einer auf der zweiten Seite der Auflageschulter (24) angeordneten Unterseite (50) des Kontaktteils (16) größer ist als ein zweiter Abstand (d₂) zwischen dem ersten Arretierelement (26) und dem zweiten Arretierelement (28).
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bimetall-Schnappscheibe (12) mit größerem Spiel an dem Grundkörper (22) gehalten ist als die Feder-Schnappscheibe (14).
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltwerk (10) rotationssymmetrisch um eine Längsachse (62) des Kontaktteils (16) ausgestaltet ist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bimetall-Schnappscheibe (12) und die Feder-Schnappscheibe (14) jeweils kreisscheibenförmig ausgestaltet sind.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Feder-Schnappscheibe (14) als bistabile Feder-Schnappscheibe (14) ausgestaltet ist, die zwei temperaturunabhängige stabile geometrische Konfigurationen aufweist, und wobei die Bimetall-Schnappscheibe (12) als bistabile Bimetall-Schnappscheibe (12) ausgestaltet ist, die zwei temperaturabhängige stabile geometrische Konfigurationen aufweist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Schaltwerksgehäuse (52), das die Bimetall-Schnappscheibe (12), die Feder-Schnappscheibe (14) und das Kontaktteil (16) unverlierbar, aber mit Spiel hält.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß Anspruch 8, wobei das Schaltwerksgehäuse (52) die Bimetall-Schnappscheibe (12) und die Feder-Schnappscheibe (14) von einer ersten Gehäuseseite (54), einer der ersten Gehäuseseite (54) gegenüberliegenden zweiten Gehäuseseite (56) und einer zwischen und quer zu der ersten und der zweiten Gehäuseseite verlaufenden Gehäuseumfangsseite (58) zumindest teilweise umgibt, wobei die erste Gehäuseseite (54) eine Öffnung (60) aufweist, durch die das Kontaktteil (16) von außerhalb des Schaltwerksgehäuses (52) zugänglich ist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß Anspruch 9, wobei ein Durchmesser (D₁) der Öffnung (60) kleiner als ein parallel dazu gemessener Durchmesser (D₂) der Bimetall-Schnappscheibe (12) ist.
Temperaturabhängiges Schaltwerk (10) gemäß einem der Ansprüche 8-10, wobei das Schaltwerksgehäuse (52) einstückig ausgestaltet ist und ein elektrisch leitfähiges Material aufweist.
Temperaturabhängiger Schalter (100) mit einem temperaturabhängigen Schaltwerk (10) gemäß einem der Ansprüche 1-11 und einem das Schaltwerk (10) umgebenden Schaltergehäuse (68), das einen ersten elektrischen Anschluss (71) und einen zweiten elektrischen Anschluss (73) aufweist, wobei das Schaltwerk (10) dazu eingerichtet ist, unterhalb einer Ansprechtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe (12) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Anschluss (71, 73) herzustellen und bei Überschreiten der Ansprechtemperatur die elektrische Verbindung zu unterbrechen.
Verfahren zur Herstellung eines temperaturabhängigen Schaltwerks (10), umfassend: - Bereitstellen einer temperaturabhängigen Bimetall-Schnappscheibe (12), die ein erstes Durchgangsloch (18) aufweist; - Bereitstellen einer temperaturunabhängigen Feder-Schnappscheibe (14), die ein zweite Durchgangsloch (20) aufweist; - Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Kontaktteils (16), das einen Grundkörper (22) und eine radial von dem Grundkörper (22) abstehende Auflageschulter (24) aufweist; - Hindurchführen des Grundkörpers (22) durch das erste Durchgangsloch (18), so dass die Bimetall-Schnappscheibe (12) auf einer ersten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist; - Hindurchführen des Grundkörpers (22) durch das zweite Durchgangsloch (20), so dass die Feder-Schnappscheibe (14) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist; - Umformen eines ersten Teils des Grundkörpers (22), der auf der ersten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, um ein erstes Arretierelement (26) derart zu erzeugen, dass die temperaturabhängige Bimetall-Schnappscheibe (12) zwischen dem ersten Arretierelement (26) und der Auflageschulter (24) angeordnet ist und von dem ersten Arretierelement (26) und der Auflageschulter (24) unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper (22) des Kontaktteils (16) gehalten wird; und - Umformen eines zweiten Teils des Grundkörpers (22), der auf der zweiten Seite der Auflageschulter (24) angeordnet ist, um ein zweites Arretierelement (28) derart zu erzeugen, dass die temperaturunabhängige Feder-Schnappscheibe (14) zwischen dem zweiten Arretierelement (28) und der Auflageschulter (24) angeordnet ist und von dem zweiten Arretierelement (28) und der Auflageschulter (24) unverlierbar, aber mit Spiel an dem Grundkörper des Kontaktteils (16) gehalten wird.