DE19537418A1 - Thermisch geregelte elektrische Schaltvorrichtung - Google Patents
Thermisch geregelte elektrische SchaltvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine thermisch geregelte elektrische Schaltvor
richtung mit einem Temperaturregler, der einen Schnappschalter aufweist, der mit einem
festen Kontakt und einem mit einer Schnappschaltfeder aus Metall verbundenen beweglichen
Kontakt versehen ist, einem Bimetallelement, das die Bewegung des beweglichen Kontaktes
beeinflußt, wobei die Schnappschaltfeder von einem Streifen gebildet wird, der zwei in
Längsrichtung des Streifens liegende U-förmige Aussparungen hat, die voneinander durch ein
Überbrückungsstück getrennt sind, wobei die Basen der U-förmigen Aussparungen an das
Überbrückungsstück grenzen, so daß sich zwischen Seitenrändern der Streifen und den
Schenkeln des U schmale Randteile und zwischen den Schenkeln des U Zungen bilden,
welcher Streifen am Ort des Überbrückungsstücks umgebogen ist, wobei die eine Zunge über
der anderen Zunge liegt und die freien Enden der Zungen schwenkbar miteinander verbunden
sind.
Eine solche Schaltvorrichtung ist aus GB-B-2 211 353 bekannt. Schnapp
schaltfedern von Schaltvorrichtungen müssen den elektrischen Strom gut leiten können. Der
elektrische Strom bewirkt jedoch eine Wärmeentwicklung in den Schaltfedern. Wenn
derartige Schaltvorrichtungen in Geräten verwendet werden, die zudem bei einer hohen
Umgebungstemperatur arbeiten, tritt in der Schaltfeder eine erhebliche Wärmeentwicklung
auf, wodurch die Gesamttemperatur der Schaltfeder äußerst hoch wird. Die Schaltfedern
müssen daher ausreichende Kriechstärke haben, um Relaxation zu verhindern. Hierzu werden
die Federn aus gehärtetem Chromnickelstahl hergestellt. Ein solches Material hat jedoch
einen relativ hohen spezifischen Widerstand (ca. 730 nΩm), wodurch die Wärmeentwicklung
in der Schaltfeder nur noch größer wird. Wenn die Schaltvorrichtung bei Geräten wie
Bügeleisen verwendet wird, die sowohl bei hohen Stromstärken als auch bei hoher Umge
bungstemperatur arbeiten, dann ist die dabei entstehende Wärmeentwicklung so groß, daß
dies zu einer so hohen Temperatur führen kann, daß dadurch Kriechen vor allem der mecha
nisch belasteten Teile, insbesondere der unter Druckspannung stehenden gebogenen Zunge
auftreten kann. Hierdurch verringert sich die Druckspannung, wodurch die Schaltvorrichtung
nicht mehr gut funktioniert. Bei hohen Stromstärken können sogar die schwenkbar in
einander gehakten freien Enden der Zungen miteinander verschweißen, wodurch die Feder in
ihrer Bewegung behindert wird und ihre Schaltfunktion nicht mehr erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung, wie
eingangs beschrieben, zu verschaffen, wobei im Betrieb in den mechanisch belasteten Teilen
der Schnappschaltfeder nur eine geringe Wärmeentwicklung auftritt.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist hierzu dadurch gekennzeich
net, daß die Vorrichtung mit Mitteln versehen ist, die die Stromstärke in den Zungen begren
zen.
Eine Begrenzung der Stromstärke in den Zungen verringert einen zu star
ken Temperaturanstieg der Zungen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Relaxation des
Federstahls. Vor allem in den unter Biegespannung stehenden Zungen tritt nun weniger Wär
meentwicklung auf, wodurch die vorstehend genannten Schwierigkeiten vermieden werden.
Die Wahrscheinlichkeit, daß die Schaltvorrichtung nicht oder schlecht funktioniert, wird
damit verkleinert. Natürlich muß die Stromstärke so begrenzt werden, daß die höchste
Temperatur der Schaltfeder unterhalb der Relaxationstemperatur (ca. 3300 C) von Federstahl
bleibt.
Nach einer ersten Ausführungsform werden die Mittel zum Begrenzen der
Stromstärke von einer elektrisch leitenden Schicht auf den genannten Randteilen der
Schaltfeder gebildet. Der Strom wird jetzt hauptsächlich durch diese elektrisch gut leitende
Schicht fließen und weniger durch die nicht mit dieser Schicht bedeckten Teile, wie die
mechanisch belasteten Teile. Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer.
Diese Kupferschicht kann beispielsweise mit Hilfe eines elektrolytischen Prozesses oder eines
Aufwalzprozesses auf den Randteilen des Streifens angebracht werden, bevor mit Bearbei
tungsprozessen, wie Stanzen und Biegen, die endgültige Schaltfeder gebildet wird. Die elek
trisch leitende Schicht könnte jedoch auch aus Silber sein.
Nach einer zweiten Ausführungsform werden die Mittel zum Begrenzen
der Stromstärke gebildet, indem die schwenkbar miteinander verbundenen freien Enden der
Zungen mit einer Schicht mit einem bezüglich übriger Teile der Schnappschaltfeder relativ
hohen elektrischen Widerstand versehen werden. Die Schicht kann beispielsweise aus kerami
schem Material sein, das mit bekannten Prozessen wie Sputtern oder einem Sol-Gel-
Verfahren auf den Enden der Zungen angebracht wird.
Nach einer dritten Ausführungsform werden die Mittel zum Begrenzen der
Stromstärke von einer flexiblen elektrischen Verbindung zwischen dem festen und dem
beweglichen Ende der Schnappschaltfeder gebildet. Der elektrische Strom fließt jetzt nahezu
vollständig durch diese flexible Verbindung und nicht mehr durch die mechanisch belastete
Schaltfeder. Die Verbindung muß flexibel sein, weil eines der Enden der flexiblen Ver
bindung mit einem beweglichen Teil der Schaltfeder verbunden ist. Die flexible Verbindung
kann beispielsweise ein kleines Stück Kupferdraht sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt der Schaltvorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Schaltvorrichtung von
Fig. 1,
Fig. 3 die Schnappschaltfeder in langgestreckter Form,
Fig. 4 den Streifen für die Schnappschaltfeder mit verkupferten Rand
teilen,
Fig. 5 die isolierten Enden der Zungen der Schnappschaltfeder und
Fig. 6 ein Detail der Schaltvorrichtung mit einer flexiblen elektrischen
Verbindung zwischen den Enden der Schnappschaltfeder.
Die in Fig. 1 gezeigte thermisch geregelte elektrische Schaltvorrichtung
umfaßt einen Temperaturregler 1, der im wesentlichen aus einem Schnappschalter 2 besteht,
mit einem beweglichen Kontakt 3 und einem festen Kontakt 4 und mit einem Bimetallelement
5. Diese Teile sind an einer Halterung 6 befestigt, die aus drei elektrisch isolierten Abstands
ringen 7a, 7b, 7c besteht, die von einer Hohlniete 8 zusammengehalten werden. Der
Schnappschalter 2 enthält eine Schnappschaltfeder 9, an der der bewegliche Kontakt 3 befe
stigt ist. Die Schnappschaltfeder 9 ist ein aus Federstahl hergestellter Streifen 10, der, wie in
Fig. 3 gezeigt, zwei in Längsrichtung des Streifens liegende, nahezu U-förmige
Aussparungen 11, 12 aufweist. Diese Aussparungen sind durch ein Überbrückungsstück 13
so voneinander getrennt, daß die Basen 11a, 12a beider U-förmiger Aussparungen an das
Überbrückungsstück grenzen. Zwischen den Seitenrändern 14 des Streifens 10 und den
Schenkeln 11b, 12b des U bilden sich hierbei schmale Randteile 15-16, während sich
zwischen den Schenkeln des U Zungen 17-18 bilden. Am Ort des Überbrückungsstückes 13
ist der Streifen ca. 180° umgebogen, so daß die eine Zunge 17 über der anderen Zunge 18
liegt. Die freien Enden 19-20 der Zungen haken hierbei in solcher Weise schwenkbar
ineinander, daß die Zunge 18 eine gebogene Form erhält. Die Zunge 18 steht dabei ständig
unter Druckspannung. Das eine Ende 21 der Schnappschaltfeder 9 ist zwischen den isolierten
Abstandsringen 7a, 7b der Halterung 6 befestigt, während am anderen Ende 22 der bewegli
che Kontakt 3 befestigt ist. Der feste Kontakt 4 ist an einem Ring 23 befestigt, der zwischen
den isolierten Abstandsringen 7b, 7c befestigt ist. Der feste Kontakt 4 befindet sich
gegenüber dem beweglichen Kontakt 3.
Das Ende 24 des Bimetallelements 5 ist an dem Abstandsring 7c der
Halterung 6 befestigt. Zwischen dem freien Ende 25 des Bimetallelements 5 und dem
umgebogenen Ende 26 (nahe dem Überbrückungsstück 13) der Schnappschaltfeder 9 ist ein
elektrisch isolierter Verbindungsstift 27 zum Übertragen der Bewegungen des
Bimetallelements 5 zur Schnappschaltfeder 9 eingeklemmt. Die Schnappschaltfeder steht
hierdurch unter einer gewissen Vorspannung.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung ist die folgende:
Zwischen den Anschlüssen 28 und 29 der Schnappschaltfeder 9 mit dem beweglichen Kontakt 3 bzw. des Ringes 23 mit dem festen Kontakt 4 herrscht eine Spannungsdifferenz. Solange der bewegliche Kontakt 3 mit dem festen Kontakt 4 keinen Kontakt macht, fließt durch die Schnappschaltfeder kein Strom. Bei einem Anstieg der Temperatur biegt das Bimetallelement 5 nach unten. Hierdurch ändert sich die Druckspannung in der gebogenen Zunge 17. Bei einer bestimmten Druckspannung schnappt die Schaltfeder und die Kontakte 3 und 4 berühren einander, wodurch Strom durch die Schnappschaltfeder zu fließen beginnt. Bei einer Erniedrigung der Temperatur ist der Verlauf umgekehrt.
Zwischen den Anschlüssen 28 und 29 der Schnappschaltfeder 9 mit dem beweglichen Kontakt 3 bzw. des Ringes 23 mit dem festen Kontakt 4 herrscht eine Spannungsdifferenz. Solange der bewegliche Kontakt 3 mit dem festen Kontakt 4 keinen Kontakt macht, fließt durch die Schnappschaltfeder kein Strom. Bei einem Anstieg der Temperatur biegt das Bimetallelement 5 nach unten. Hierdurch ändert sich die Druckspannung in der gebogenen Zunge 17. Bei einer bestimmten Druckspannung schnappt die Schaltfeder und die Kontakte 3 und 4 berühren einander, wodurch Strom durch die Schnappschaltfeder zu fließen beginnt. Bei einer Erniedrigung der Temperatur ist der Verlauf umgekehrt.
Der Strom durch die Schnappschaltfeder fließt nicht nur durch die
Randteile 15, 16, sondern über die schwenkbar miteinander verbundenen Enden 19, 20 auch
durch die Zungen 17, 18. Der durch die Zungen fließende Strom bewirkt einen Temperatur
anstieg der Zungen. Wie bereits erläutert, kann bei großen Stromstärken der
Temperaturanstieg unzulässig hoch werden. Durch Begrenzung der Stromstärke in den
Zungen wird verhindert, daß die Temperatur in den Zungen zu hoch wird.
In einer ersten Ausführungsform (Fig. 4) wird dies durch Beschichten der
Randteile 15, 16 der Schnappschaltfeder 9 mit einer elektrisch gut leitenden Schicht 30 rea
lisiert, vorzugsweise mit einer Kupferschicht. Der größte Teil des Stroms fließt dann durch
die Kupferschicht und nicht mehr durch die Zungen. Eine solche Schicht kann auf den
Streifen 10 bereits aufgebracht werden, bevor Bearbeitungen wie Stanzen und Biegen
stattfinden. Das Aufbringen der Schicht kann beispielsweise in einem elektrolytischen Prozeß
oder einem Walzprozeß erfolgen.
In einer zweiten Ausführungsform (Fig. 5) erfolgt dies durch Überziehen
der schwenkbar miteinander verbundenen freien Enden 19, 20 der Zungen mit einer Schicht
31 mit hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise einer keramischen Schicht. Eine solche
Schicht kann mittels Sputtern oder eines Sol-Gel-Verfahrens oder CVD (Chemical Vapour
Deposition) aufgebracht werden.
In einer dritten Ausführungsform (Fig. 6) wird dies realisiert, indem
zwischen dem festen Ende 21 und dem beweglichen Ende 22 der Schnappschaltfeder 9 eine
flexible elektrische Verbindung 32, beispielsweise ein kleines Stück Kupferdraht, angebracht
wird. Der Strom fließt dann nahezu vollständig durch den Kupferdraht und nicht mehr durch
andere Teile der Schnappschaltfeder. In der Praxis wird der Kupferdraht jedoch erst im
montierten Zustand der Schaltvorrichtung, beispielsweise durch Löten, angebracht werden
können. Weiterhin umfaßt die Schaltvorrichtung noch eine Vorrichtung 33 zum Einstellen der
Temperatur. Die Vorrichtung ist an einem Träger 34 befestigt, der seinerseits wieder am Ab
standsring 7a der Halterung 6 befestigt ist; Die Temperatureinstellungsvorrichtung 33 hat
einen Drehknopf 35, an dem ein isolierter Stift 36 befestigt ist. Ein Ende des Stiftes 36
drückt gegen die Zunge 17 der Schnappschaltfeder 9. Durch Drehung des Drehknopfes 35
kann der Stift 36 in der Höhe verstellt werden, wodurch die Vorspannung an den Zungen 17-
18 einstellbar ist. Diese Vorspannung beeinflußt das Schnappen der Zunge 18 mit dem
beweglichen Kontakt 3.
Claims (4)
1. Thermisch geregelte elektrische Schaltvorrichtung mit einem Temperatur
regler, der einen Schnappschalter aufweist, der mit einem festen Kontakt und einem mit einer
Schnappschaltfeder aus Metall verbundenen beweglichen Kontakt versehen ist, einem
Bimetallelement, das die Bewegung des beweglichen Kontaktes beeinflußt, wobei die
Schnappschaltfeder von einem Streifen gebildet wird, der zwei in Längsrichtung des Streifens
liegende U-förmige Aussparungen hat, die voneinander durch ein Überbrückungsstück
getrennt sind, wobei die Basen der U-förmigen Aussparungen an das Überbrückungsstück
grenzen, so daß sich zwischen Seitenrändern der Streifen und den Schenkeln des U schmale
Randteile und zwischen den Schenkeln des U Zungen bilden, welcher Streifen am Ort des
Überbrückungsstücks umgebogen ist, wobei die eine Zunge über der anderen Zunge liegt und
die freien Enden der Zungen schwenkbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich
net, daß die Vorrichtung mit Mitteln versehen ist, die die Stromstärke in den Zungen
begrenzen.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel von einer elektrisch leitenden Schicht auf den Randteilen der Schaltfeder gebildet
werden.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel gebildet werden, indem die schwenkbar miteinander verbundenen freien Enden der
Zungen mit einer Schicht mit einem bezüglich übriger Teile der Schnappschaltfeder relativ
hohen elektrischen Widerstand versehen werden.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel von einer flexiblen elektrischen Verbindung zwischen dem festen und dem
beweglichen Ende der Schnappschaltfeder gebildet werden.
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EP94202921.6 | 1994-10-10 |
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8141 | Disposal/no request for examination | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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