Temperaturabhängiger Schalter und dafür vorgesehenes Schaltwerk

Die vorliegende Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter mit einem Gehäuse, an dem ein erster und zumindest ein zweiter Außenanschluss vorgesehen sind, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten temperaturabhängigen Schaltwerk, das ein Federteil umfasst, an dem ein mit dem ersten Außenanschluss zusammenwirkendes bewegliches Kontaktteil sowie eine Bimetall-Schnappscheibe angeordnet sind, die das bewegliche Kontaktteil in Abhängigkeit von ihrer Temperatur elektrisch von dem ersten Außenanschluss trennt, wobei an dem Federteil zumindest eine Kontaktfläche vorgesehen ist, die mit dem zweiten Außenanschluss zusammenwirkt.

Ein derartiger Schalter ist aus der EP O 858 090 A2 bekannt.

Der bekannte Schalter besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse aus Isoliermaterial, in das ein temperaturabhängiges Schaltwerk eingesetzt ist. Das Schaltwerk umfasst eine Federscheibe, die etwa mittig einen beweglichen Kontakt trägt, an dem ferner eine Bimetall-Schnappscheibe angeordnet ist. An der Federscheibe ist seitlich ein Halteansatz vorgesehen, der mittels eines Zapfens auf einer an dem Unterteil des Gehäuses vorgesehenen Bodenelektrode befestigt ist.

Das bewegliche Kontaktteil arbeitet mit einem festen Gegenkontakt zusammen, der innen an dem Deckelteil des Gehäuses als Deckelelektrode vorgesehen ist. Bodenelektrode und Deckelelektrode weisen jeweils einen Außenanschluss auf, in den das abisolierte Ende eines Anschlussdrahtes eingelegt ist.

Die Federscheibe liegt mit ihrem Randbereich, der nicht durch den Halteansatz belegt ist, auf einer inneren, vorspringenden Schulter auf, die innen an dem Gehäuseunterteil vorgesehen ist.

In Abhängigkeit von der Temperatur der Federscheibe liegt das bewegliche Kontaktteil an dem festen Gegenkontakt an, so dass über den festen Gegenkontakt, das bewegliche Kontaktteil, die Federscheibe und den Halteansatz eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen hergestellt wird.

Erhöht sich die Temperatur der Bimetall-Schnappscheibe über ihre Ansprechtemperatur hinaus, so springt sie von ihrer konvexen in eine konkave Form um, in der sie sich mit ihrem Rand an dafür vorgesehenen Schultern und Anschlägen im oberen Gehäuseteil abstützt, wobei sie das bewegliche Kontaktteil gegen die Kraft der Federscheibe von dem festen Gegenkontakt abhebt. Dazu ist es erforderlich, dass die Bimetall-Schnappscheibe die Federscheibe durchdrückt, so dass auch diese von ihrer konvexen in die konkave Form übergeht.

Bei dem bekannten Schalter ist das temperaturabhängige Schaltwerk eine unverlierbare Einheit aus dem durch Federscheibe und Halteansatz gebildeten Federteil, der Bimetall-Schnappscheibe sowie dem beweglichen Kontaktteil. Dieses Schaltwerk kann gemäß DE 199 19 648 in seinem gehäuselosen Zustand in eine an einem Gerät vorgesehene Tasche eingesetzt werden, wo die entsprechenden Elektroden angeordnet sind, mit denen einerseits der Halteansatz und andererseits das bewegliche Kontaktteil zusammenwirken.

Die DE 199 19 648 Al beschreibt ferner temperaturabhängige Schaltwerke, bei denen eine Federscheibe und eine Bimetall-Schnappscheibe über ein bewegliches Kontaktteil zu einer unverlierbaren Einheit zusammengefügt sind. Auch diese temperaturabhängigen Schaltwerke können in an einem zu schützenden Gerät vorgesehene Taschen eingesetzt werden.

Andererseits ist es aus der DE 21 21 802 A bekannt, derartige Schaltwerke in ein verkapseltes Gehäuse einzusetzen, so dass sie einen druckfesten temperaturabhängigen Schalter bilden, der über das leitende Gehäuseoberteil sowie das leitende Gehäuseunterteil kontaktiert wird. Selbstverständlich sind Gehäuseunterteil und Gehäuseoberteil durch eine Isolationsfolie voneinander getrennt.

Die insoweit beschriebenen temperaturabhängigen Schalter und Schaltwerke dienen dazu, ein elektrisches Gerät vor zu hoher Temperatur zu schützen. Zu diesem Zweck wird der Versorgungsstrom für das zu schützende Gerät durch den temperaturabhängigen Schalter bzw. das temperaturabhängige Schaltwerk geleitet, wobei der Schalter bzw. das Schaltwerk thermisch an das zu schützende Gerät angekoppelt sind. Bei einer durch die Sprungtemperatur der Bimetall-Schnappscheibe vorgegebenen Ansprechtemperatur öffnet das jeweilige Schaltwerk dann den Stromkreis, indem das bewegliche Kontaktteil von dem festen Gegenkontakt abgehoben wird.

Bei allen insoweit beschriebenen Schaltwerken ist von Vorteil, dass der abzuschaltende Strom nicht unmittelbar über die Bimetall-Schnappscheibe fließt, sondern über

das Federteil geleitet wird. Auf diese Weise wird die Eigenerwärmung der Bimetall- Schnappscheibe reduziert, obwohl immer noch durch die Eigenerwärmung des Federteiles Hitze im Inneren der Schalter entsteht, so dass zusätzlich zu der von außen zugeführten Wärme des zu schützenden Gerätes auch diese Eigenerwärmung das Schaltverhalten mit beeinflusst.

Während bei den insoweit beschriebenen Schaltern und Schaltwerken die Eigenerwärmung der Federteiles unerwünscht ist, sind auch Schalter bekannt, bei denen zusätzlich ein Reihenwiderstand vorgesehen ist, der sich durch den fließenden Strom des zu schützenden Gerätes in definierter Weise erwärmt. Bei zu hohem Stromfluss heizt sich dieser Widerstand so weit auf, dass die Sprungtemperatur der Bimetall- Schnappscheibe erreicht wird. Neben der überwachung der Temperatur des Gerätes kann auf diese Weise auch der fließende Strom mit überwacht werden, der Schalter hat also eine definierte Stromabhängigkeit.

Damit ein derartiger Schalter nach dem Abkühlen des Gerätes bzw. des Reihenwiderstandes nicht wieder schließt, ist es ferner bekannt, parallel zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk einen weiteren Widerstand, vorzugsweise einen PTC- Widerstand vorzusehen, der bei geschlossenem temperaturabhängigem Schaltwerk durch dieses elektrisch kurzgeschlossen ist. Wenn das Schaltwerk jedoch öffnet, übernimmt der Parallelwiderstand einen Teil des bisher fließenden Stromes und erwärmt sich dabei so weit, dass er hinreichend Wärme erzeugt, um die Bimetall- Schnappscheibe auf einer Temperatur zu halten, die oberhalb der Ansprechtemperatur liegt. Dieser Vorgang wird Selbsthaltung genannt, er verhindert, dass sich ein temperaturabhängiger Schalter unkontrolliert wieder schließt, wenn das zu schützende Gerät sich wieder abgekühlt hat.

Bei den eingangs beschriebenen Schaltern und Schaltwerken sind Reihenwiderstand und Parallelwiderstand gesondert vorzusehen, was mit entsprechendem Aufwand verbunden ist.

Insgesamt ist bei den insoweit beschriebenen Schaltern und Schaltwerken zunächst von Vorteil, dass der Strom nicht durch die Bimetall-Schnappscheibe, sondern durch die Federscheibe geführt wird, sondern auch, dass die Bimetall-Schnappscheibe nicht nur unterhalb ihrer Schalttemperatur kräftefrei aufgenommen ist, was beides für eine hohe Schaltpunktgenauigkeit und eine lange Lebensdauer sorgt.

Andererseits ist bei allen drei Konstruktionen von Nachteil, dass sie kompliziert aufgebaut sind, wobei insbesondere wegen der runden Federscheiben eine hohe Produktionsgenauigkeit erforderlich ist, denn die runden Scheiben brauchen eine genaue Auflagefläche am jeweiligen Rand. Aus diesem Grund sind die Gehäuse häufig als Drehteile gefertigt, um für genaue Auflageflächen zu sorgen. Die geringen Auflageflächen zwischen den Federscheiben und den Auflagerändern führen dabei jedoch zu unerwünscht hohen übergangswiderständen, wobei die Federteile sich selbst häufig unerwünscht stark aufheizen, so dass immer auch eine gewisse Stromabhängigkeit vorhanden ist.

Ein weiterer Nachteil bei den bekannten temperaturabhängigen Schaltwerken besteht darin, dass die Bimetall-Schnappscheiben sowie die Federscheiben während des Transportes häufig verbiegen, so dass sie nicht mehr verwendet werden können.

Ein weiterer Nachteil bei diesem Stand der Technik besteht darin, dass die Bimetall- Schnappscheiben hohe Kräfte aufwenden müssen, um die konkaven Federscheiben in ihre konvexe Form durchzudrücken. Dies stellt hohe Anforderungen an die Herstellung der Bimetall-Schnappscheiben, die über viele Schaltzyklen sowohl ihre Ansprechtemperatur als auch die erforderliche Stellkraft nicht verändern dürfen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den eingangs erwähnten temperaturabhängigen Schalter derart weiterzubilden, dass er eine möglichst geringe Undefinierte Stromabhängigkeit aufweist, andererseits aber konstruktiv einfach aufgebaut ist. Ferner soll die mechanische Belastung der Bimetall-

Schnappscheibe möglichst gering sein, um eine Langzeitstabilität des Schaltpunktes gewährleisten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs erwähnten temperaturabhängigen Schalter dadurch gelöst, dass das Federteil einen Federsteg, der das bewegliche Kontaktteil und die Bimetall-Schnappscheibe trägt, sowie einen den Federsteg umgebenden und tragenden Rahmen aufweist, an dem die eine Kontaktfläche vorgesehen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Durch den den Federsteg umgebenden und tragenden Rahmen ist das Federteil jetzt deutlich größer und damit mit mehr Masse ausgelegt, wobei ferner die zu überwindende Federkraft durch einen Federsteg bereitgestellt wird, die von der Bimetall- Schnappscheibe aufzuwendende öffnungskraft ist also deutlich geringer als im Stand der Technik.

Durch die große Auflagefläche des Rahmens sind ferner an die Genauigkeit der Kontaktflächen geringere Anforderungen zu stellen, der Schalter ist also insgesamt einfacher und preiswerter zu produzieren und zu montieren.

Weil ferner die Masse des Federteiles deutlich größer ist als im Stand der Technik, ist insgesamt der elektrische Widerstand geringer, was zu einer geringeren Eigenerwärmung durch den geführten Strom beiträgt. Auch die größere Masse des Federteiles verringert die Eigenerwärmung, da insgesamt mehr Wärme gespeichert werden kann.

Schließlich ist von Vorteil, dass das Federteil nachträglich nachjustiert werden kann, der Federsteig muss lediglich vor, während oder nach der Montage durch Druck auf das bewegliche Kontaktteil nachgebogen werden.

Das Federteil kann dabei als Stanzteil gefertigt werden, an dessen Maßhaltigkeit geringere Anforderungen zu stellen sind, denn der Rahmen kann sozusagen in den Schalter eingespannt werden, so dass sich der gewünschte geringe übergangswiderstand beim Einspannen automatisch ergibt.

Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung auch ein temperaturabhängiges Schaltwerk, das ein Federteil umfasst, an dem ein bewegliches Kontaktteil und eine Bimetall-Schnappscheibe angeordnet sind, die in Abhängigkeit von ihrer Temperatur auf das bewegliche Kontaktteil einwirkt, wobei an dem Federteil zumindest eine erste Kontaktfläche vorgesehen ist, bei dem das Federteil einen Federsteg, der das bewegliche Kontaktteil und die Bimetall-Schnappscheibe trägt, sowie einen den Federsteg umgebenden und tragenden Rahmen aufweist, an dem die erste Kontaktfläche vorgesehen ist.

Dieses temperaturabhängige Schaltwerk ist eine unverlierbare Einheit aus Federteil, Kontaktteil und Bimetall-Schnappscheibe und kann somit nicht nur in Gehäusen zu einem temperaturabhängigen Schalter verbaut werden, es kann auch als "nacktes Schaltwerk" in Taschen an einem Gerät eingebaut werden, wie dies aus der eingangs erwähnten DE 199 19 648 Al prinzipiell bekannt ist. Vor diesem Hintergrund wird die Offenbarung dieses Standes der Technik ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Bei dem neuen temperaturabhängigen Schaltwerk ist von Vorteil, dass durch den Rahmen sowohl der Federsteg als auch die Bimetall-Schnappscheibe geschützt werden, so dass sich dieses Schaltwerk als Halbfabrikat leichter transportieren lässt als entsprechende Schaltwerke aus dem Stand der Technik.

Insgesamt weist das neue Schaltwerk also die gleichen Vorteile auf wie der neue Schalter, der übergangswiderstand zwischen dem Rahmen und entsprechenden Elektroden im Schalter oder im Gerät ist sehr gering, die Eigenerwärmung des Federteiles durch den fließenden Strom trägt nicht oder nur geringfügig zur Verstellung

des Schaltpunktes der Bimetall-Schnappscheibe bei, wobei die Bimetall-Schnappscheibe eine geringere Kraft aufwenden muss, um den Federsteg zu verstellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass an die Produktionsgenauigkeit der mit dem Rahmen in Kontakt gelangenden Elektroden geringere Anforderungen zu stellen sind, denn der Rahmen bietet eine große Auflagefläche und kann zudem mit den Elektroden verspannt werden, ohne dass dies die Federkraft des Federsteges beeinträchtigt.

Darüber hinaus kann der Rahmen mit Widerstandsfunktionen versehen werden, so dass das temperaturabhängige Schaltwerk sozusagen eine definierte Stromabhängigkeit oder eine Selbsthaltefunktion mit integriert, auf aufwändige nachträglich Verschattung kann somit verzichtet werden.

In einer Weiterbildung ist es dann bevorzugt, wenn an dem Rahmen eine weitere Kontaktfläche vorgesehen ist, die mit dem ersten Außenanschluss oder dem zweiten Außenanschluss zusammenwirkt, wobei die beiden Kontaktflächen entweder unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind, oder über zumindest einen Widerstand elektrisch miteinander verbunden sind.

Wenn die beiden Kontaktflächen unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind, vergrößert dies insgesamt die Auflagefläche und reduziert damit den übergangswiderstand, was die oben erwähnten Vorteile mit sich bringt bzw. noch verstärkt.

Wenn die beiden Kontaktflächen dagegen über einen Widerstand elektrisch miteinander verbunden sind, kann dieser Widerstand entweder für eine definierte Stromabhängigkeit oder zur Realisierung einer Selbsthaltefunktion verwendet werden, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren noch ausführlich beschrieben wird.

Weiter ist es bevorzugt, wenn das Federteil mit der Bimetall-Schnappscheibe und dem beweglichen Kontaktteil eine unverlierbare Einheit bildet, die in das Gehäuse eingelegt ist.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass das Schaltwerk als Halbfabrikat zugeliefert werden kann, das bei der Endmontage dann lediglich noch in das Gehäuse eingelegt werden muss.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Rahmen im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch mit zwei Stirnstegen und zwei Längsstegen ausgebildet ist, wobei an den Stirnstegen und/oder den Längsstegen die erste und ggf. zweite Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Federsteg parallel zu und zwischen den Längsstegen verläuft und mit mindestens einem Stirnsteg oder aber mit beiden Stirnstegen verbunden ist. Der Rahmen kann auch rund oder oval ausgelegt sein.

Bei dieser Maßnahme ist zum einen von Vorteil, dass der Rahmen den Federsteg sowie die Bimetall-Schnappscheibe gegen Beschädigungen schützt, wobei ferner eine gut transportierbare Einheit geschaffen wird.

Wenn der Federsteg mit einem Stirnsteg verbunden ist, muss die Bimetall- Schnappscheibe nur eine geringe Stellkraft aufweisen, um das bewegliche Kontaktteil von dem festen Gegenkontakt abzuheben, wobei dennoch die Zuhaltekraft des Federsteges durch einfaches Verbiegen desselben eingestellt oder nachjustiert werden kann.

Wenn der Federsteg mit beiden Stirnstegen verbunden ist, muss die Bimetall- Schnappscheibe zwar eine höheren Kraft zum öffnen des Stromkreises aufwenden, der Federsteg selbst ist jedoch sicher gegen Verbiegen geschützt, wobei durch den beidseitigen Stromabfluss eine sehr geringe Erwärmung durch den fließenden Strom erfolgt, so dass bei dieser Konstruktion eine geringe bis vernachlässigbare Stromabhängigkeit des Schaltvorganges vorliegt.

Wenn der Federsteg mit beiden Stirnstegen verbunden ist, ist weiter von Vorteil, dass beim öffnen und Schließen des Schalters das bewegliche Kontaktteil sozusagen gerade und unverzüglich von der Bodenelektrode abgehoben wird. Ist der Federsteg dagegen nur an einem seiner Enden mit einem Stirnsteg verbunden, so gleitet das Kontaktteil während des öffnens und Schließens an der Bodenelektrode entlang, so dass dort ein Abrieb erzeugt wird, der die Kontaktflächen sozusagen wieder säubert. Dieses Prinzip ist bspw. in der EP 0 103 792 A2 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.

Weiter ist es bevorzugt, wenn die Bimetall-Schnappscheibe einen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der Abstand zwischen den beiden Längsstegen.

Hier ist von Vorteil, dass die Bimetall-Schnappscheibe nicht nur durch die Stirnstege, sondern auch durch die Längsstege beim Transport geschützt ist. Ferner ist von Vorteil, dass die Bimetall-Schnappscheibe sozusagen durch den Rahmen hindurchbewegt werden kann, was einen konstruktiv einfachen Aufbau des Schalters ermöglicht.

Dabei kann die Bimetall-Schnappscheibe mit dem beweglichen Kontaktteil entweder auf gegenüberliegenden Seiten des Federsteges oder aber auf derselben Seite des Federsteges angeordnet sein, wobei die Bimetall-Schnappscheibe in einem Ausführungsbeispiel über einen Nietbolzen und das bewegliche Kontaktteil als Aufschweißkontakt unmittelbar an dem Federsteg befestigt sind, und in einem anderen Ausführungsbeispiel die Bimetall-Schnappscheibe an dem Federsteg über einen Kontaktniet befestigt ist, der als bewegliches Kontaktteil ausgebildet ist.

Diese Maßnahmen sind zunächst konstruktiv von Vorteil, denn in dem einen Aus- führungsbeispiel trägt der Kontaktniet die Bimetall-Schnappscheibe und dient auch als bewegliches Kontaktteil, so dass insgesamt eine geringe Zahl von Bauteilen erforderlich ist.

Bei dem anderen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Bauteile zwar etwas höher, dafür kann die Bimetall-Schnappscheibe bspw. auf der dem Kontaktteil gegenüberliegenden Seite des Federsteges angeordnet sein. Die Bimetall-Schnappscheibe wird dann sozusagen durch den Federsteg vor einem möglichen Funkenflug beim öffnen oder Schließen des Schalters geschützt, so dass Beschädigungen der Bimetall- Schnappscheibe vermieden werden, was ihre Lebensdauer verlängert. Insbesondere bei Schaltern für hohe Spannungen und Leistungen ist diese Konstruktion bevorzugt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Bimetall-Schnappscheibe lose auf den beweglichen Kontakt aufgelegt, der entweder selbst lose in den Federsteg eingelegt oder als Aufschweißkontakt auf dem Federsteg befestigt ist.

Hier kann also auf den Kontaktniet verzichtet werden, das Schaltwerk besteht dann aus zumindest zum Teil lose zusammengefügten Einzelteilen, die aber in dem fertig montierten Schalter durch das umgebende Gehäuse unverlierbar angeordnet sind.

Allgemein ist es bevorzugt, wenn an dem Gehäuse eine elektrisch leitende Bodenelektrode, die mit dem ersten Außenanschluss verbunden ist, sowie eine elektrisch leitende Deckelelektrode angeordnet sind, die mit dem zweiten Außenanschluss verbunden ist, wobei das bewegliche Kontaktteil mit der Bodenelektrode und die erste Kontaktfläche mit der Deckelelektrode zusammenwirkt, wobei der Rahmen zwischen dem Gehäuse und der Deckelelektrode eingeklemmt ist.

Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn mit dem Verschließen des Gehäuses durch Bodenelektrode und Deckelelektrode wird zum einen der Rahmen kontaktiert und zum anderen das temperaturabhängige Schaltwerk positioniert.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse einen vorzugsweise massiven Grundblock umfasst, in dem eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme des temperaturabhängigen Schaltwerkes vorgesehen ist, wobei der Grundblock durch die als flächiges Metallteil ausgebildete Bodenelektrode sowie die als flächiges Metallteil ausgebildete Deckel-

elektrode verschlossen ist, wobei vorzugsweise Deckelelektrode und Bodenelektrode durch Bördelränder an dem Grundblock festgelegt sind.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass nur eine sehr geringe Anzahl von Bauteilen erforderlich ist, um den neuen Schalter zu konfektionieren. Zusätzlich zu dem als Halbfabrikat vorgefertigten temperaturabhängigen Schaltwerk sind lediglich noch der Grundblock sowie die beiden flächigen Metallteile erforderlich. Die flächigen Metallteile haben dabei den weiteren Vorteil, dass sie eine sehr gute thermische Anbindung des Schalters an das in seiner Temperaturentwicklung zu überwachende Gerät erlauben. Ferner ist ein derart hergestellter Schalter sehr druckstabil. Schließlich ist noch von Vorteil, dass der Rahmen des Federteiles auf diese Weise mit der gesamten Deckelelektrode in Anlage gelangt, so dass ein sehr guter elektrischer Kontakt sichergestellt ist. Durch die Bördelränder, mit denen die Metallteile an dem Grundblock festgelegt werden, wird schließlich dafür gesorgt, dass das Innere des Schalters gegen den Eintrag von Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt ist. Schließlich ist das Verbördeln bspw. durch Heißverpressen, Ultraschall oder UV- bzw. IR-Bestrahlung ein sehr einfach, schnell und sicher durchzuführender Vorgang, was die Konfektionierung des neuen Schalters weiter erleichtert.

Dabei ist es dann bevorzugt, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus Isolationsmaterial, vorzugsweise aus wärmeleitendem Kunststoff oder Keramik gefertigt ist.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen zwischen den beiden Elektroden vorgenommen werden müssen, wobei der wärmeleitende Kunststoff eine noch bessere thermische Anbindung des Schalters an das zu schützende Gerät gewährleistet.

Alternativ ist es bevorzugt, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus PTC-Material, gefertigt ist, das elektrisch sowohl mit dem ersten Außenanschluss als auch mit dem zweiten Außenanschluss in Verbindung steht.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass das Gehäuse sozusagen als Selbsthaltewiderstand elektrisch parallel zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk geschaltet ist, so dass der Schalter sozusagen implizit seine Selbsthaltefunktion erhält, ohne dass ein zusätzliches Bauteil erforderlich ist.

Andererseits ist es bevorzugt, wenn der Schalter einen Widerstand aufweist, der elektrisch in Reihe zu dem ersten und zweiten Außenanschluss geschaltet ist, wobei vorzugsweise zusätzlich oder alternativ ein Widerstand vorgesehen ist, der elektrisch parallel zu dem temperaturabhängigen Schaltwerk geschaltet ist.

Auf diese Weise wird der Schalter in an sich bekannter Weise mit einer Stromabhängigkeit sowie einer Selbsthaltefunktion versehen.

Schließlich ist es noch bevorzugt, wenn geometrisch zwischen der Bimetall- Schnappscheibe und der Bodenelektrode eine Keramikscheibe mit einem Durchlass vorgesehen ist, durch den hindurch das bewegliche Kontaktteil in Anlage mit einem festen Gegenkontakt gelangt.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, dass die Bimetall-Schnappscheibe vor Funkenflug etc. geschützt wird, so dass der Schalter insgesamt zum Schalten höherer Spannungen, Leistungen und Ströme verwendet werden kann.

Bei dem neuen temperaturabhängigen Schaltwerk ist es schließlich insgesamt noch bevorzugt, wenn es die oben erwähnten Merkmale einzeln oder in Kombination realisiert, wobei wegen der erzielbaren Vorteile auf die Ausführungen zum Schalter verwiesen werden darf.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

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 der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den neuen Schalter in einem ersten Ausführungsbeispiel und in einer sehr schematisierten, prinzipiellen Darstellung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Federteiles aus dem Schalter gemäß

Fig. 1 in einer Draufsicht und in einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 in einer Darstellung wie Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für das

Federteil;

Fig. 4 die prinzipielle Verschaltung des Federteiles aus Fig. 3 zur Realisierung einer Selbsthaltefunktion;

Fig. 5 eine Darstellung wie Fig. 4, jedoch zur Realisierung von stromabhängigem Schalten;

Fig. 6 eine Darstellung wie Fig. 5, jedoch zusätzlich mit Selbsthaltefunktion;

Fig. 7 in einer Darstellung wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen Schalters;

Fig. 8 eine Explosionsdarstellung des Schalters aus Fig. 7 in schematischer

Ansicht von oben;

Fig. 9 ein drittes Ausführungsbeispiel des neuen Schalters in einer Darstellung wie Fig. 7;

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung des Merkmales X aus Fig. 9;

Fig. 11 eine vergrößerte Explosionsdarstellung des Schalters aus Fig. 9 von oben; und

Fig. 12 das temperaturabhängige Schaltwerk des Schalters aus Fig. 7, jedoch mit zusätzlicher Keramikscheibe zum Schutz der Bimetall- Schnappscheibe.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen temperaturabhängigen Schalter 10 in stark schematisierter Darstellung. Der Schalter 10 umfasst ein Gehäuse 11 mit einem topf artigen Unterteil 12 sowie einem dieses verschließenden Deckelteil 14. Unterteil 12 und Deckelteil 14 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Isolationsmaterial gefertigt.

In dem Gehäuse 11 ist ein temperaturabhängiges Schaltwerk 15 angeordnet, das ein Federteil 16 mit Rahmen 17 umfasst, an dem ein Federsteg 18 angeordnet ist. Der Federsteg 18 trägt einen Kontaktniet 19 in Form eines beweglichen Kontaktteiles 21, an dem unverlierbar eine Bimetall-Schnappscheibe 22 angeordnet ist.

Das bewegliche Kontaktteil 21 wirkt mit einer Bodenelektrode 23 zusammen, die innen in dem Unterteil 12 angeordnet ist. Die Bodenelektrode ist über eine schematisch dargestellte Verbindung mit einem ersten Außenanschluss 24 des Schalters 10 verbunden.

An dem Rahmen 17 ist eine erste Kontaktfläche 25 vorgesehen, die in Anlage mit einer Deckelelektrode 26 ist, die innen an dem Deckelteil 14 angeordnet ist. Die Deckelelektrode 26 ist mit einem zweiten Außenanschluss 27 verbunden.

Innen in dem Unterteil 12 ist eine umlaufende Schulter 28 vorgesehen, auf der der Rahmen 17 aufliegt. Das Deckelteil 14 drückt den Rahmen 17 auf die Schulter 28, wobei über eine umlaufende Rastung 29 Deckelteil 14 und Unterteil 12 fest miteinander verbunden sind.

Auf diese Weise ist der Rahmen 17 und damit das gesamte temperaturabhängige Schaltwerk 15, das eine unverlierbare Einheit aus Federteil 16, beweglichem Kontaktteil 21 und Bimetall-Schnappscheibe 22 bildet, im Inneren des Schalters 10 fest gehalten und gleichzeitig kontaktiert.

In der in Fig. 1 gezeigten Tieftemperaturstellung der Bimetall-Schnappscheibe 22 wird das bewegliche Kontaktteil 21 durch die Kraft des Federsteges 18 gegen die Bodenelektrode 23 gedrückt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 24 und 27 hergestellt wird. Diese elektrisch leitende Verbindung wird über Bodenelektrode 23, bewegliches Kontaktteil 21, Federsteg 18, Rahmen 17, erste Kontaktfläche 25 und Deckelelektrode 26 hergestellt.

Wenn sich die Temperatur im Inneren des Schalters 10 erhöht, schnappt die Bimetall-Schnappscheibe von der gezeigten konkaven in eine konvexe Form um, ihr Rand 31 bewegt sich dabei in Richtung Boden 32 des Unterteiles 12, was durch Pfeile 33 angedeutet ist. Wenn die Bimetall-Schnappscheibe entsprechend umschnappt, drückt sie das bewegliche Kontaktteil 21 von der Bodenelektrode 23 weg, so dass der Strom- fluss durch den Schalter 10 unterbrochen ist.

In Fig. 2 ist in einer Draufsicht das Federteil 16 aus Fig. 1 gezeigt. Das Federteil 16 weist den im Wesentlichen rechteckigen Rahmen 17 auf, der zwei Stirnstege 34 und 35 sowie zwei diese verbindende Längsstege 36 und 37 umfasst. Zwischen den Längsstegen 36 und 37 erstreckt sich der Federsteg 18 derart, dass beidseits Freiräume 38 und 39 entstehen.

Die Abmaße sind dabei so gewählt, dass die Längsstege 36 und 37 zueinander einen Abstand 41 bzw. eine lichte Weite aufweisen, die geringer ist als der bei 42 angedeutete Außendurchmesser der Bimetall-Schnappscheibe 22. Auf diese Weise kann die Bimetall-Schnappscheibe 22 zwischen den Längsstegen 36 und 37 hindurchbewegt werden, wobei die Bimetall-Schnappscheibe 22 ferner während des Transportes auch durch den Rahmen 17 geschützt ist.

Im Vergleich zwischen den Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass die erste Kontaktfläche 25 unter dem Stirnsteg 34 ausgebildet ist, wobei unter dem Stirnsteg 35 eine weitere, zweite Kontaktfläche 43 ausgebildet ist, die in Fig. 1 zu erkennen ist. Diese Kontaktfläche 43 ist mit einer weiteren Deckelelektrode 26' in Anlage, die entweder mit der Deckelelektrode 26 verbunden, vorzugsweise einstückig ausgebildet sein kann, oder aber elektrisch von der Deckelelektrode 26 getrennt ist, weshalb sie dann mit einem alternativen zweiten Außenanschluss 27' verbunden ist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Federsteg 18 an seinem ersten Ende 44 mit dem Stirnsteg 34 und an seinem zweiten Ende 45 mit dem Stirnsteg 35 einstückig verbunden. Das aus Rahmen 17 und Federsteg 18 gebildete Federteil 16 ist ein Stanzteil, bei dem der Federsteg 18 durch Strecken hochgebogen sein kann. Alternativ kann auch der gesamte Rahmen 17 leicht gebogen sein.

In Fig. 3 ist in einer Darstellung wie in Fig. 2 eine alternative Ausbildung des Federteiles 16 gezeigt, bei dem die Längsstege 36 und 37 nicht wie in Fig. 2 unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind, sondern jeweils über Widerstände 46 und 47 elektrisch miteinander in Verbindung stehen.

Ferner ist bei dem Federteil 16 aus Fig. 3 der Federsteg 18 nur an seinem ersten Ende 44 mit dem Stirnsteg 34 verbunden, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Federsteg 18 und Stirnsteg 35 besteht nicht.

Wenn anstelle des Federteiles 16 aus Fig. 2 das Federteil 16' aus Fig. 3 in den Schalter aus Fig. 1 eingesetzt wird, kann durch wahlweise Verwendung der Außenanschlüsse 27 bzw. 27' sowie durch externe Verschattung ein Schalter mit Selbsthaltefunktion, mit Stromabhängigkeit oder mit Selbsthaltefunktion und Stromabhängigkeit bereitgestellt werden, wie dies jetzt anhand der Schaltbilder der Figuren 4 bis 6 erläutert wird.

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 4 ist die zweite Kontaktfläche 43 über eine geeignete Verbindung mit dem ersten Außenanschluss 24 verbunden, der auch mit der Bodenelektrode 23 verbunden ist. Auf diese Weise ist der Widerstand 46 bei geschlossenem Schaltwerk 15 durch dieses elektrisch überbrückt, der Strom in das zu schützende Gerät fließt von dem Außenanschluss 24 durch das Schaltwerk 15 zu dem Außenanschluss 27. Wenn der Schalter geöffnet wird, der Federsteg 18 also das bewegliche Kontaktteil 21 von der Bodenelektrode 23 abhebt, besteht jetzt eine Verbindung zwischen den beiden Außenanschlüssen 24 und 27 über den Widerstand 46, der einen Teil des bisher fließenden Stromes übernimmt und sich aufheizt, so dass er in an sich bekannter Weise für eine Selbsthaltefunktion sorgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird der alternative zweite Außenanschluss 27' verwendet, so dass bei geschlossenem Schaltwerk 15 der Widerstand 46 in Reihe zwischen den Außenanschlüssen 24 und 27' liegt. Auf diese Weise sorgt der Widerstand 46 für eine definierte Stromabhängigkeit des Schalters 10, wenn der fließende Strom einen Schwellwert übersteigt, heizt sich der Widerstand 46 so weit auf, dass das Schaltwerk 15 in an sich bekannter Weise geöffnet wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist die Schalteranordnung gemäß Fig. 5 zusätzlich noch einen Widerstand 48 zwischen den Außenanschlüssen 24 und 27' auf, dieser Selbsthaltewiderstand 48 liegt elektrisch parallel zu dem Schaltwerk 15 und wirkt somit wie der Widerstand 46 aus Fig. 4. Wenn das Schaltwerk in Fig. 6 öffnet, übernimmt der Selbsthaltewiderstand 48 einen Teil des Stromes und hält den Schalter in an sich bekannter Weise so lange geöffnet, bis der Strom vollständig abgeschaltet wird.

Während der Widerstand 46 bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 4 bis 6 als integraler Teil des Federteiles 16, nämlich dort am Rahmen 17, angeordnet sein kann, ist der Selbsthaltewiderstand 48 zusätzlich vorzusehen, bspw. extern anzuschalten. Andererseits kann er auch im Gehäuse 11 des Schalters 10 integriert sein, wie dies weiter hinten noch im Zusammenhang mit der Fig. 9 erörtert wird.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Schalters 10 in einer Darstellung wie in Fig. 1 gezeigt.

Das Gehäuse 11 weist eine hier gestufte Durchgangsbohrung 51 auf, die durch Bodenelektrode 23 und Deckelelektrode 26 verschlossen ist. Die Bodenelektrode 23 wird durch einen Bördelrand 52 und die Deckelelektrode 26 durch einen Bördelrand 53 fest am Gehäuse 11 gehalten.

Auf die Deckelelektrode zuweisend ist in dem Gehäuse 11 eine Aussparung 54 vorgesehen, in die der Rahmen 17 des Schaltwerkes 15 eingelegt ist, wie sich dies besser aus der Explosionszeichnung zu dem Schalter 10 aus Fig. 7 in Fig. 8 ergibt.

Das bewegliche Kontaktteil 21 arbeitet bei dem Schalter aus den Figuren 7 und 8 nicht unmittelbar mit der Bodenelektrode 23 zusammen, an dieser ist vielmehr ein fester Gegenkontakt 55 angeordnet, durch den für einen besseren elektrischen Kontakt zu dem beweglichen Kontaktteil 21 gesorgt wird.

Sowohl die Bodenelektrode 23 als auch die Deckelelektrode 26 sind in dem Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Figuren 7 und 8 als flächiges Metallteil 56 bzw. 57 ausgebildet, wobei das Gehäuse 11 ein massiver Grundblock 58 aus Isolationsmaterial oder PTC- Keramik ist.

Neben der gestuften Durchgangsbohrung 51 ist noch eine Aussparung 59 zu erkennen, in die sich der Federsteg 18 hinein erstreckt, der in diesem Ausführungsbeispiel nur an einem Stirnsteg des Rahmens 17 befestigt ist.

In der Durchgangsbohrung 51 ist ferner noch eine umlaufende Schulter 61 vorgesehen, auf der sich die Bimetall-Schnappscheibe 22 mit ihrem Rand 31 abstützt, wenn sie das bewegliche Kontaktteil 19 von dem festen Gegenkontakt 55 abhebt.

In Fig. 8 ist noch zu erkennen, dass die beiden flächigen Metallteile 57 und 56 mit Positionierbohrungen 62 bzw. 63 versehen sind, die bei der Endmontage des Schalters 10 mit zugeordneten Positionierknöpfen am Grundkörper 58 in Eingriff gelangen, wobei in Fig. 8 lediglich ein oberer Positionierknopf 64 zu erkennen ist.

Bei der Montage des in den Figuren 7 und 8 gezeigten Schalters wird zunächst das als Bodenelektrode 26 dienende untere Metallteil 57 mit dem festen Gegenkontakt 55 versehen, bevor es dann durch den Bördelrand 52 an dem massiven Grundkörper 58 befestigt wird. Danach wird das als Einheit bereitgestellte temperaturabhängige Schaltwerk 15 mit dem beweglichen Kontaktteil 21 nach unten weisend in die Bohrung 51 gelegt, wobei der Rahmen 17 in der Aussparung 54 positioniert wird. Dann wird das obere Metallteil 56 aufgelegt und durch den Bördelrand 53 befestigt. Auf diese Weise wird gleichzeitig der Rahmen 17 vollflächig kontaktiert, so dass einerseits das Schaltwerk 15 in dem Gehäuse 11 positioniert wird, andererseits aber eine sehr gute und zuverlässige Kontaktierung zwischen den Kontaktflächen an dem Rahmen 17 und der Deckelelektrode 26 erfolgt, so dass ein sehr geringer übergangswiderstand entsteht. Wegen der großen Masse des Federteiles 16 weist dieses nur einen sehr geringen elektrischen Widerstand auf, so dass es sich bei Stromfluss durch den Schalter 10 nur sehr geringfügig erwärmt und zum Schaltverhalten quasi nicht beiträgt, die Schalttemperatur wird lediglich durch die Außentemperatur bedingt, die über die großen Metallteile 56 und 57 effektiv in den Schalter 10 eingekoppelt wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik benötigt der Federsteg 18 keine Auflagefläche, wobei die erforderliche Kontaktkraft durch Nachjustieren, also Nachbiegen des Federsteges vor der endgültigen Montage eingestellt oder nachgestellt werden kann. Die Bimetall-Schnappscheibe 22 stützt sich auf der umlaufenden Schulter 61 ab, wobei auch hier keine hohen Anforderungen an die Produktionsgenauigkeit zu stellen sind. Schließlich muss auch die Stellkraft der Bimetall-Schnappscheibe 22

nicht so hoch sein wie im Stand der Technik, denn es ist lediglich die Kraft des Federsteges 18 zu überwinden, ein Durchdrücken von runden Federscheiben ist nicht erforderlich.

Der Schalter 10 aus den Figuren 7 und 8 besteht aus lediglich sieben Einzelteilen, er ist also konstruktiv einfach aufgebaut, schnell und einfach zu montieren und insgesamt preiswert herzustellen. Darüber hinaus ist der Schalter 10 robust und wegen der Bördelränder 52 und 53 auch staubdicht und feuchtigkeitsdicht ausgelegt, so dass das Schaltwerk 15 vor Verschmutzung geschützt ist.

In den Figuren 9 bis 11 ist eine Abwandlung des Schalters 10 aus den Figuren 7 und 8 gezeigt. Während bei dem Schalter 10 aus den Figuren 7 und 8 die Bimetall- Schnappscheibe 22 sowie das bewegliche Kontaktteil 21 auf derselben Seite des Federsteges 18 angeordnet sind, befinden sie sich bei dem Schalter 10 aus den Figuren 9 bis 11 auf gegenüberliegenden Seiten des Federsteges 18. Auf diese Weise ist die Bimetall-Schnappscheibe 22 weiter von dem festen Gegenkontakt 55 entfernt angeordnet, so dass die Gefahr verringert wird, dass die Bimetall-Schnappscheibe 22 durch Funkenflug beim öffnen oder Schließen des Kontaktpaares 21/55 beschädigt wird. Zusätzlich zu dem größeren Abstand trägt zum Schutz der Bimetall-Schnappscheibe 22 auch noch der Federsteg 18 bei, der jetzt zwischen Bimetall-Schnappscheibe 22 und festem Gegenkontakt 55 angeordnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 9 bis 11 ist die Bimetall-Schnappscheibe 22 über einen Nietbolzen 65 an dem Federsteg 18 befestigt, während auf der gegenüberliegenden Seite das bewegliche Kontaktteil 21 als Aufschweißkontakt am äußeren freien Ende des Federsteges 18 befestigt ist.

Wie sich aus dem Vergleich der Figuren 9 und 11 ergibt, stützt sich die Bimetall- Schnappscheibe 22 mit ihrem Rand 31 jetzt auf der Aussparung 54 ab, in der auch der Rahmen 17 liegt. Dies ist möglich, weil der Außendurchmesser der Bimetall-

Schnappscheibe 22 kleiner ist als die lichte Weite zwischen den Längsstegen des Rahmens 17, wie dies anhand von Fig. 2 bereits erörtert wurde.

Um der Bimetall-Schnappscheibe 22 beim öffnen des Schalters 10 Freiraum nach oben zu geben, ist die Deckelelektrode 26 mit einer topfartigen Erhebung 66 versehen, die eine Art Dom bildet, in den die Bimetall-Schnappscheibe beim Schalten nach oben ausweichen kann.

Während bei der Konstruktion gemäß Figuren 7 und 8 das bewegliche Kontaktteil 21 zentrisch und unmittelbar von dem festen Gegenkontakt 55 abgehoben wird, erfolgt bei der Konstruktion der Figuren 9 bis 11 auch eine seitliche Bewegung zwischen den Kontaktteilen 21 und 55, weil sich nämlich zum einen das bewegliche Kontaktteil 21 verkippt, wenn die Bimetall-Schnappscheibe 22 in ihre Kriechphase übergeht, wobei zum anderen der Federsteg 18 sich auch etwas streckt.

Auf diese Weise erfolgt eine Art Gleitbewegung zwischen den Kontaktteilen 21 und 55, was zu einem Reinigungseffekt beiträgt, wie er in der eingangs erwähnten EP 0 103 792 A2 ausführlich beschrieben ist. Der Effekt wird bei der vorliegenden Erfindung jedoch durch eine unterschiedlich ausgestaltete, gelochte Bimetall- Schnappscheibe realisiert, die nicht als Stromübertragungsglied dient.

In Fig. 10 ist noch das Merkmal X aus Fig. 9 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Nietbolzen 65 bei 67 fest an den Federsteg 18 angenietet ist. Auf der anderen Seite des Nietbolzens 65 befindet sich ein Anschlag 68, der bei 69 ebenfalls fest mit dem Nietbolzen 65 vernietet ist. Unterhalb des Anschlages 68 ist die Bimetall-Schnappscheibe 22 auf dem Nietbolzen 65 so angeordnet, dass ein gewisser Freiraum 71 verbleibt, so dass die Bimetall-Schnappscheibe nicht fest eingespannt ist. Der Freiraum 71 ermöglicht eine gewisse Bewegung der Bimetall-Schnappscheibe, so dass diese also von mechanischen Belastungen zumindest so lange frei ist, wie sie in ihrer Tieftemperaturstellung ist, die in Fig. 9 gezeigt ist.

Wie bereits erwähnt, wird bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 9 bis 11 die Bimetall-Schnappscheibe 22 einerseits durch den Feder Steg 18 und andererseits dadurch vor Funkenflug etc. geschützt, da sie sich auf der von dem beweglichen Kontaktteil 21 abgelegenen Seite des Federsteges 18 befindet. Dies ermöglicht das Schalten hoher Spannungen und hoher Leistungen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Bimetall-Schnappscheibe 22 beschädigt wird.

Ein Schutz der Bimetall-Schnappscheibe 22 ist aber auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7 und 8 möglich, wie sich aus Fig. 12 ergibt, die einen vergrößerten Ausschnitt des Schalters aus Fig. 7 zeigt. Dieser Schutz wird durch eine Keramikscheibe 72 bewirkt, die zwischen der Bimetall-Schnappscheibe 22 und dem festen Gegenkontakt 25 angeordnet ist und auf der umlaufenden Schulter 61 aufliegt, auf der sich auch die Bimetall-Schnappscheibe 22 in ihrer Hochtemperaturstellung abstützt. In der Keramikscheibe 72 ist ein Durchlass 73 vorgesehen, durch den der Kontaktniet 19 hindurchgreift.

Wie eingangs anhand der Fig. 6 erörtert, kann ein Schalter, wie er in den Figuren 7 bis 12 dargestellt ist, durch Parallelschaltung eines PTC-Widerstandes zu dem Schaltwerk 15 mit einer Selbsthaltefunktion versehen werden. Diese Selbsthaltefunktion wird bei dem Schalter in Fig. 9 durch einen in einer Durchgangsbohrung 75 angeordneten PTC- Wider stand 76 erzielt, der elektrisch zwischen die Bodenelektrode 23 und die Deckelelektrode 26 geschaltet ist.

Während der Schalter aus Fig. 7 lediglich sieben Einzelteile aufweist, besteht der Schalter aus Fig. 9 aus neun Einzelteilen, wenn auf den PTC- Widerstand 76 verzichtet wird.