DE3744238A1

DE3744238A1 - Temperatursicherung fuer elektrische geraete

Info

Publication number: DE3744238A1
Application number: DE19873744238
Authority: DE
Inventors: Walter Hollweck
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1989-07-06
Also published as: US4929922A

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatursicherung für elektrische Geräte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Aus DE-PS 28 26 205 ist eine Temperatursicherung be kannt, die im wesentlichen aus einem Isolierteil mit elektrischen Anschlüssen und Kontaktelementen zur Her stellung eines Strompfades besteht, einen Schmelz materialeinsatz als thermischen Auslöser aufweist, der über eine Wärmeübertragungsplatte mit einer Wärmequelle, wie beispielsweise einer Bügeleisensohle o. dgl. ther misch ankoppelbar ist, sowie mit einem mechanischen Übertragungselement versehen ist, mit dem der Schmelz materialeinsatz den Bewegungskontakt gegen die von den beiden Kontaktelementen ausgeübten Gegenkräfte in Kon taktschließstellung abstützt und den Kontaktschließdruck aufbringt.

Derartige Temperatursicherungen lösen dann aus, wenn die Temperatur des überwachten Teiles des mit der Sicherung ausgestatteten elektrischen Gerätes einen maximal zuläs sigen Temperaturwert übersteigt. Der thermisch ange koppelte Schmelzmaterialeinsatz beginnt zu fließen, durch die Kraft der noch in Schließstellung befindlichen Kontaktfedern gibt das Übertragungselement beim Zusam mensinken oder Zusammenschmelzen des Schmelzmaterialein satzes nach und gestattet eine Trennung der Kontakt strecke.

Die bekannten Temperatursicherungen sind aus unter schiedlichen Gesichtspunkten heraus betreffend ihre konstruktive Ausbildung und ihr Schaltverhalten nicht unproblematisch. So sollen derartige Temperatursiche rungsschalter beispielsweise möglichst kompakt ausgebil det sein, um auch in relativ kleinen Apparategehäusen unproblematisch untergebracht werden zu können, weswegen für die Schwenkbewegung der Kontakte nur sehr wenig Raum zur Verfügung steht. Die übliche Höhe der verwendeten Schmelzmaterialeinsätze beträgt ca. 0,7 mm, so daß unter Beachtung einer gewissen Sicherheitstoleranz ca. 0,5 mm für die Schwenkwege, nämlich den Öffnungsschwenkweg des Bewegungskontaktelementes und den gemeinsamen Schwenkweg von Fest- und Bewegungskontakt zum Aufbringen des Kon taktdruckes zur Verfügung stehen.

Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß die verwendeten Schmelzmaterialeinsätze einem gewissen Alterungsprozeß unterfallen. Die Schmelzmaterialeinsätze sinken unter dem auf sie einwirkenden Druck der Kontaktfedern im Laufe der Zeit etwas zusammen. Je öfter und je näher die Temperatur des Schmelzmaterialeinsatzes an den Ansprech wert gelangt, um so weiter schreitet dieser Alterungs prozeß fort. Für die infragestehenden Temperatursiche rungen ist es funktionsnotwendig, daß ein Öffnen der Schaltkontaktstrecke nur aufgrund des beschriebenen Alterungsprozesses, das heißt ein Öffnen der Kontakte vor Erreichen der Ansprechtemperatur, unterbleibt. Aus diesem Grunde ist man bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik bereits dazu übergegangen, einen gewissen Sicherheitsschwenkweg vorzusehen, den die Kontakte in geschlossener Stellung unter Beibehaltung eines Mindest kontaktdruckes beim alterungsbedingten Zusammensinken des Schmelzmaterialeinsatzes durchlaufen können.

Aufgrund der ebenfalls bereits angesprochenen räumlichen Verhältnisse in derartigen Schaltern muß dieser Sicher heitsschwenkweg allerdings weit geringer sein als der Öffnungsschwenkweg, den der Bewegungskontakt beim An sprechen des Schalters, das heißt beim Überschreiten der Ansprechtemperatur und daraus folgendem Schmelzen des Einsatzes überstreicht.

Ein weiteres bekanntes Problem bei derartigen Schaltern ist das Kaltverschweißen der Kontakte. Dieser uner wünschte Vorgang kann dazu führen, daß sich die Kontakte beim Ansprechen des Schmelzmaterialeinsatzes nicht von einander lösen und der Strompfad durch den Schalter geschlossen bleibt, was für das zu überwachende elektri sche Geräte fatale Folgen haben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Siche rungsschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 unter Beibehaltung der kompakten Bauweise derart auszubilden, daß ein sicheres Öffnen der Kontakt strecke auch dann gewährleistet ist, wenn der Schalter über längere Zeiträume höheren Strömen und Temperaturen ausgesetzt war. Diese Aufgabe wird durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist zu nächst die Erkenntnis bedeutungsvoll, daß eine einfache Erhöhung der Federkräfte des Bewegungskontaktes in uner wünschter Weise eine Erhöhung des Druckes auf den Schmelzmaterialeinsatz mit sich bringt, was zwangsläufi gerweise zu einem schnelleren Einsinken des Übertra gungselementes in den Schmelzmaterialeinsatz beim Alte rungsprozeß mit sich bringt. Eine alleinige Erhöhung der Richtgröße des Bewegungskontaktes führt ggf. zu einem sicheren Abreißen der Kontakte bei Kaltverschweißung, beschleunigt aber den Alterungsprozeß.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht nun vor, dem Festkon takt, der bei Schaltern nach dem Stand der Technik be reits einfederbar ausgebildet war, eine wesentlich ge ringere Richtgröße zu geben als dem relativ hart einfe dernden Bewegungskontakt. Um zu vermeiden, daß beim Öffnungsvorgang der weich federnde "Festkontakt" vom wegschwenkenden Bewegungskontakt hoher Richtgröße zu weit mitgerissen und dabei verbogen wird, ist zur Bewe gungsbegrenzung des Festkontaktes ein Anschlag angeord net, der mit der dem Schmelzmaterialeinsatz zugewandten Festkontaktseite zusammenwirkt. Dies führt dazu, daß - ausgelöst durch die gegen den Schmelzmaterialeinsatz gerichteten Gesamtfederkräfte - beim Ansprechen des Einsatzes die Federn gemeinsam eine erste Schwenkstrecke durchlaufen, bis der Festkontakt an dem Anschlag an schlägt und durch die hohen, der Bewegungskontaktfeder innewohnenden Richtkräfte eine sichere Kontaktöffnung erfolgt. Die Erfindung nutzt den zur Verfügung stehenden Federkraftbereich optimal aus, um ein sicheres, schlag artiges Öffnen der Kontaktstrecke zu gewährleisten.

Durch die Erfindung wird ferner erreicht, daß die Schal ter mit höheren Stromstärken belastet werden können, eine Strombelastung von bis zu 16 A kann von derartigen Thermoschaltern problemlos geschaltet werden.

In überraschender Weise wird sogar eine Umkehrung eines Nachteils bei dem Stand der Technik durch die erfin dungsgemäße Federdimensionierung in einen Vorteil er reicht, durch zur Kaltverschweißung neigende Kontakt materialien kann nämlich bewußt eine Kaltverschweißung herbeigeführt werden, was dazu führt, daß zunächst bei der gemeinsamen Schwenkbewegung das Kontaktpaar "an einanderklebt" und durch das Aufbrechen oder Aufreißen der Kaltverschweißungszone ein extrem schnelles Öffnen der Kontaktstrecke erfolgt, was die Schaltleistung des Schalters verbessert.

Die gewollte Kaltverschweißung wirkt sich auch dahin gehend vorteilhaft aus, als über längere Zeiträume, das heißt innerhalb der vorgesehenen Lebensdauer, keine Veränderung des Kontaktwiderstandes erfolgt.

Anspruch 2 betrifft eine besonders vorteilhafte Dimen sionierung der Richtgrößen der beiden Kontakte, Ansprü che 3-5 lehren unterschiedliche Möglichkeiten der Richtgrößendimensionierung. Ansprüche 6-9 betreffen besonders vorteilhafte Ausbildungen des Anschlages.

Durch die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 wird eine be sonders intensive Impulsübertragung des Anschlages auf den mit dem Kontakt versehenen freien Endbereich der Festkontaktfeder erzielt, so daß auch relativ innige Kaltschweißverbindungen mit Sicherheit abgetrennt wer den.

Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsformen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Temperatursicherung im geschlossenen Zustand;

Fig. 2 Schnitt gemäß Fig. 1, Schalter geöffnet;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Temperatursicherung mit montiertem Festkontakt;

Fig. 4 Draufsicht gemäß Fig. 3 mit gesondertem, demon tiertem Festkontakt;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Kontakte;

Fig. 6 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Darstellung der auf tretenden Kraft-Weg-Verhältnisse.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Temperatursicherung 1 besteht im wesentlichen aus einem Isolierteil 2 mit elektrischen Anschlüssen 3, 4 und Kontaktelementen, nämlich einem Festkontakt 5 und einem Bewegungskontakt 6, der durch ein mechanisches Übertragungselement 7 in Kontaktschließstellung gehalten wird. Das Übertragungs element 7 stützt sich auf einem Schmelzmaterialeinsatz 8 ab, der als thermischer Auslöser dient und über eine Wärmeübertragungsplatte 9 mit einer nicht näher darge stellten Wärmequelle verbunden ist. Der Festkontakt 5 und der Bewegungskontakt 6 sind im Pfeilrichtung 10 vorgespannt, die Abstützung des Bewegungskontaktes in Kontaktschließstellung und Aufbringung des notwendigen Kontaktschließdruckes erfolgt gegen die in Pfeilrichtung 10 gerichtete Vorspannung, so daß auf den Schmelzmate rialeinsatz 8 laufend ein Druck ausgeübt wird, der den Einsatz mit seiner Stirnfläche 11 gegen die einer Gehäu sekammer 12 zugewandte Innenseite der Wärmeübertragungs platte 9 preßt.

Wie Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, sind die als Flach stecker ausgebildeten Anschlüsse 3, 4 sowie die Kontakte 5, 6 durch Niete 13, 14 am/im Gehäuse befestigt.

Wie durch die zeichnerisch verwendeten Strichstärken angedeutet, ist der Festkontakt 5 als dünner, weich einfedernder Kontakt ausgebildet und weist an seinem freien Kontaktende 15 innerhalb des elastischen Biegebe reiches eine wesentlich geringere Richtgröße auf als der hart federnde Bewegungskontakt 6.

Ferner ist Fig. 1 ein Anschlag 16 zu entnehmen, der zur Bewegungsbegrenzung des Festkontaktes 5 beim Öffnen der Kontaktstrecke dient und der mit der dem Schmelzmate rialeinsatz 8 zugewandten Festkontaktseite 17 zusammen wirkt. Wenn vom Festkontakt der Temperatursicherung die Rede ist, so soll damit nicht ein tatsächlich fester Kontakt bezeichnet sein, sondern lediglich ausgedrückt werden, daß der Festkontakt im Gegensatz zum Bewegungs kontakt nicht aktiv durch das Übertragungselement ange trieben wird. Der Festkontakt gibt nur federnd unter dem Einfluß des Bewegungskontaktes nach.

Was die Dimensionierung der Richtgrößen des Bewegungs kontaktes und des Festkontaktes anbelangt, so ist die Richtgröße des Bewegungskontaktes etwa doppelt so groß wie die des Festkontaktes. Dies läßt sich im Prinzip dadurch erreichen, daß man die wirksame Federlänge des Festkontaktes größer als die des Bewegungskontaktes wählt. In den Zeichnungsfiguren 1 und 2 ist dies aller dings nicht so gelöst, dort ist die Richtgröße des Bewe gungskontaktes gegenüber der des Festkontaktes durch eine Querschnittsvergrößerung 18 im Bereich des Bewe gungskontaktfestendes 19 erhöht (Fig. 2). Prinzipiell läßt sich die Richtgröße des Bewegungskontaktes gegen über der des Festkontaktes auch durch weitere Maßnahmen erhöhen, beispielsweise durch ein zusätzliches Federele ment 20, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist.

Auch für die konstruktive Ausbildung des Anschlages, der mit der dem Schmelzmaterialeinsatz 8 zugewandten Bewe gungskontaktseite 17 zusammenwirkt, gibt es unterschied liche konstruktive Möglichkeiten. In den Zeichnungsfi guren 1 und 2 ist der Anschlag 16 als beidseitig unter den Festkontakt 5 greifender Gehäusezapfen ausgebildet, wobei der Festkontakt an seinem freien Kontaktende 15 eine T-förmige Verbreiterung 21 aufweist, die mit den T-Querschnittsenden auf den Gehäusezapfen (Anschlägen 16) aufliegt.

Als weitere Möglichkeit, einen Anschlag (16) auszubil den, bietet sich auch eine Verlängerung des gemeinsam mit dem Festkontakt 5 vernieteten Anschlusses 3 bis in den Kontaktbereich hinein an, wobei der als Feder ausge bildete Festkontakt 5 lediglich mit seiner unteren, das heißt dem Schmelzmaterialeinsatz zugewandten Seite auf liegt und bewegungsmäßig begrenzt wird, zur dem Schmelz materialeinsatz abgewandten Seite hin allerdings frei wegfedern kann. Eine derartige konstruktive Variante ergibt sich ebenfalls aus Fig. 5. Unter Umständen ist es auch zweckdienlich, den Anschlag justierbar zu gestal ten, wobei dann das Schaltverhalten der Temperatursiche rung gezielt beeinflußt werden kann.

Fig. 3 und 4 verdeutlichen noch einmal, wie der An schlag, der in Fig. 1 und 2 zu sehen und als Gehäuse zapfen ausgebildet ist, mit der T-förmigen Verbreiterung 21 des Kontaktendes 15 des Festkontaktes 5 zusammen wirkt. In Fig. 4 ist der Festkontakt aus seiner Niet- Halterung entfernt, so daß deutlich zu sehen ist, wie sich das Kontaktende des Bewegungskontaktes 6 zwischen den den Anschlag 16 bildenden Gehäusezapfen bewegen kann. Die Entfernung zwischen dem Kontaktpunkt einer seits und den Anschlägen andererseits ist sehr gering, so daß eine sehr unmittelbare Beaufschlagung des Fest kontaktes und damit sehr abruptes Abreißen von eventuell bestehenden Kaltverschweißungen erfolgt, was das Ab schaltverhalten der Vorrichtung insgesamt positiv beein flußt.

Fig. 6 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm, mit Hilfe dessen man die in der Temperatursicherung herrschenden Feder kraftverhältnisse leicht studieren kann.

Zunächst zum Stand der Technik: Bei Punkt 1 des Dia grammes ist der Kontakt offen, der Festkontakt liegt mit einer Kraft P ₁ an einem Gehäuseteil an, wie das bei spielsweise in Fig. 2 deutlich zu sehen ist. Wird nun durch das Übertragungselement 7 der Bewegungskontakt über einen bestimmten Kontaktweg nach oben gedrückt, so steigt beim Stand der Technik die Kraftlinie relativ flach an, da bei derartigen Schaltern in der Regel Bewe gungskontakte verwendet wurden, die eine relativ geringe Richtkraft hatten. Bei Punkt 2 berührt die Bewegungs kontaktfeder mit ihrem Kontaktnippel den Festkontakt und nimmt ihn eine gewisse Strecke nach oben mit, wodurch sich die Richtkräfte oder Richtgrößen in beiden Federn addieren, so daß die Richtkraftlinie steil ansteigt bis zu einem maximal zulässigen Wert, der von Art und Aus bildung des Schmelzmaterialeinsatzes abhängt. Gibt nun ein Schmelzmaterialeinsatz durch den Alterungsprozeß etwas nach, beispielsweise um den Betrag d, so ist der Schalter nach dem Stand der Technik zwar immer noch geschlossen, durch die Fließbewegung wird aber ein er heblicher Betrag der zur Verfügung stehenden Richtkraft nutzlos vergeudet, zum Aufreißen von kaltverschweißten Kontakten steht keine Kraft mehr zur Verfügung.

Die obere, kräftig durchgezeichnete Linie zeigt ein Richtkraft-Kontaktweg-Verhalten nach der Erfindung. Da der Bewegungskontakt eine weit höhere Richtkraft auf weist als der Festkontakt, wird sich bereits beim Ver schwenken des Bewegungskontaktes bis hin zum Kontakt schließen (Punkt 4) die auf den Schmelzmaterialeinsatz einwirkende Kraft relativ stark erhöhen, zum Aufbringen des notwendigen Kontaktdruckes ist die weitere Erhöhung der Richtkraft nicht so gravierend wie beim Stand der Technik, da die Richtkraft des Festkontaktes gegenüber der des Bewegungskontaktes relativ gering ist. Eine leichte Zunahme der Steigung der Richtkraftlinie ist festzustellen.

Die "Aufreißkraft", die bei der erfindungsgemäßen Tempe ratursicherung gegenüber einer Sicherung nach dem Stand der Technik zur Verfügung steht, ist als Differenz der Punkte 2 und 4 mit P ₂ bezeichnet, diese Kraftdifferenz ist ausreichend, um auch relativ feste Kontaktver schweißungen aufzubrechen und eine sichere Kontaktöff nung zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste:

1 Temperatursicherung
2 Isolierteil
3 Anschluß
4 Anschluß
5 Festkontakt
6 Bewegungskontakt
7 Übertragungselement
8 Schmelzmaterialeinsatz
9 Wärmeübertragungsplatte
10 Pfeilrichtung
11 Stirnfläche
12 Gehäusekammer
13 Niet
14 Niet
15 Kontaktende
16 Anschlag
17 Festkontaktseite
18 Querschnittsvergrößerung
19 Festende
20 Federelement
21 Verbreiterung

Claims

1. Temperatursicherung (1) für elektrische Geräte mit folgenden Merkmalen:

- Die Temperatursicherung (1) besteht aus
- - einem Isolierteil (2) mit elektrischen Anschlüssen (3, 4) und Kontaktelementen (Festkontakt 5, Bewegungskontakt 6) zur Herstellung eines elektrischen Strompfades,
- - einem mit einer Wärmequelle thermisch koppelbaren Schmelzmaterialeinsatz (8) als thermischen Auslöser,
- - einem mechanischen Übertragungselement (7), über das der Schmelzmaterialeinsatz (8) den Bewegungskontakt (6) gegen die von den Kontaktelementen (5, 6) ausgeübten Gegenkräfte in Kontaktschließstellung abstützt und den Kontaktschließdruck aufbringt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Der weich einfedernde Festkontakt (5) weist an seinem freien Kontaktende (15) innerhalb des elastischen Biegebereiches eine wesent lich geringere Richtgröße als der hart ein federnde Bewegungskontakt (6) auf,
- zur Bewegungsbegrenzung des Festkontaktes (5) beim Öffnen der Kontaktstrecke ist im Isolierteil (2) ein mit der dem Schmelz materialeinsatz (8) zugewandten Festkontakt seite (17) zusammenwirkender Anschlag (16) angeordnet.

2. Temperatursicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtgröße des Bewegungskontaktes (6) etwa doppelt so groß wie die Richtgröße des Festkontaktes (5) ist.

3. Temperatursicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Federlänge des Festkontaktes (5) größer als die des Bewegungskontaktes (6) ist.

4. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtgröße des Bewegungskontaktes (6) gegenüber der des Festkontaktes (5) durch eine Querschnittsvergrößerung (18) im Bereich des Festendes (19) erhöht wird.

5. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtgröße des Bewegungskontaktes (6) gegenüber der des Festkontaktes (5) durch ein zusätzliches Federelement (20) erhöht wird.

6. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager des Festkontaktes (6) auf der dem Schmelzmaterialeinsatz (8) zugewandten Seite bis in oder an den Bereich des Kontaktes vor steht und der Festkontakt (5) auf seiner dem Schmelzmaterialeinsatz (8) abgewandten Seite frei wegfederbar ausgebildet ist.

7. Temperatursicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager durch das gehäuseinnere Ende des dem Festkontakt zugeordneten elektrischen Anschluß (3) (Flachstecker) gebildet wird.

8. Temperatursicherung nach einem der der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (16) als beidseitig unter den Festkontakt (5) greifender Gehäusezapfen ausge bildet ist.

9. Temperatursicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkontakt (5) an seinem freien Kon taktende (15) T-förmig verbreitert ist und mit den T-Querenden auf den Gehäusezapfen (Anschlag 16) aufliegt.

10. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Öffnungskraft P ₀ und der Kontaktschließkraft P _S größer als 3 : 1, vorzugsweise größer als 5 : 1 ist.

11. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Strompfad die Kontakt schließkraft etwa 300 cN, die bei Öffnung der Kontaktstrecke durch die Richtgröße des Bewe gungskontaktes (6) zur Verfügung stehende Öff nungskraft (Kontaktabrißkraft) ca. 1500 cN- 2200 cN beträgt.

12. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (16) justierbar ist.

13. Temperatursicherung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (16) als die Festkontaktfeder untergreifende Justierschraube ausgebildet ist.

14. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der ersten Kontaktberührung bis in die Kontaktschließ-Endstellung zurückgelegte Schwenkweg (S _F) des Festkontaktes (5) etwa halb so lang wie der von der Kontakttrennung bis hin zur Kontaktöffnungs-Endstellung zurückgelegte Schwenkweg (S _B) des Bewegungskontaktes (6) ist.

15. Temperatursicherung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtkraft des Bewegungskontaktes (6) etwa 80% der auf den Schmelzmaterialeinsatz einwirkenden Gesamtkraftkomponente beträgt.