BIMETALLIC PROTECTION SWITCH

Abstract: 1. A bimetal protective switch, which in response to a temperature rise above a preselected value is opened by a bimetal element and which is held in an open state by a resistor that bypasses the switch, characterized in that the resistor (19) is a thick-film resistor and that the contact spring (10), the movable switch contact (11) and the fixed switch contact (12) of the bimetal protective switch are disposed on one side of an electrically insulating carrier (1) whereas the resistor (18) is disposed on the opposite side of the insulating carrier (1) and the latter is apertured between the resistor (18) and the contact spring (10).

Description: Bimetallschutzschalter Die Erfindung geht aus von einem Bimetallschutzschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus der US-PS 3 272 944 bekannt. Die US-PS 3 272 944 zeigt einen in Glas eingeschmolzenen Bimetallschutzschalter. Zum Stand der Technik wird darin erwähnt, es sei bekannt, den Schalter durch einen Wolframdraht als Widerstand zu überbrücken, welcher durch Strahlungswärme auf das Bimetallelement einwirkt und sehr heiss wird. Diese Lösung ist praktisch beschränkt auf in Glaskolben hermetisch eingeschlossene Bimetallschutzschalter, und wie die US-PS 3 272 944 selbst dazu sagt, ist er stossempfind lich und besitzt nur eine geringe Lebensdauer. Der i-n der US-PS 3 272 944 als neu beanspruchte Bimetallschutzschalter ist ebenfalls in Glas eingeschmolzen. Die Zuleitungen zum Schalter laufen in üblicher Weise durch einen Glassockel, und dieser ist dort, wo die Zuleitungen im Inneren des Kolbens austreten, mit einem Widerstandsmaterial beschichtet, welches einen Nebenschluss zwischen den Zuleitungen bewirkt. Die bei geöffnetem Schalter in diesem Widerstand erzeugte Wärme soll durch Wärmeleitung über die Zuleitungen, also sehr konzentriert, auf das Bimetallelement: übertragen werden. Das bedeutet, dass die Zuleitungen eine Temperatur erreichen müssen, die weit oberhalb der Schalttemperatur des Schalters liegt. Dadurch wit praktisch ausgeschlossen, dass dieses. Bauprinzip auf andere als in Glas eingekapselte Bimetallschutzschalter übertragbar ist. Es kommt als Nachteil hinzu, dass die Erzeugung des Widerstands in situ auf dem Glassockel mühsam ist und zu stark schwankenden Widerstandswerten innerhalb einer Serie führt, wodurch es nötig ist, die nominelle Heizleistung des Widerstands sicherheitshalber so hoch anzusetzen, dass auch die am unteren Rand des Schwankungsbereichs der Widerstandswerte gelegenen Widerstände noch zum Offenhalten des Bimetallschutzschalters ausreichen. Daraus folgt, dass das Gros der Bimetallschutzschalter viel heisser wird, als an sich nötig wäre, wodurch die Einsatzmöglichkeiten des Schalters begrenzt werden. Die DE-OS 29 27 475 weist einen Bimetallschutzschalter als bekannt nach, der durch einen Thermistor überbrückt ist und durch dessen Heizleistung offen gehalten werden kann. Auch in diesem Fall ist der Bimetallschutzschalter in einem Glaskolben untergebracht. Die beiden Zuleitungen zu den Schaltkontakten führen durch den Thermistor hindurch und leiten dessen Wärme ab und übertragen sie auf das Bimetallelement. Insoweit bestehen ähnliche Nachteile wie beim Schalter der US-PS 3 272 944. Es kommt hinzu, dass Thermistoren stark streuende Widerstandswerte aufweisen, als keramische Elemente vibrationsempfindlich sind und darüberhinaus relativ teuer sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen durch einen preiswerten1 von Hand rückstellbaren Bimetallschutzschalter, welcher nicht in Glaskolben gekapselt sein muss, sondern in offener Bauweise oder auch in Kunststoffgehäuse gekapselt sein kann, bei dem die Gefahr einer lokalen Überhitzung klein gehalten und die Heizleistung des überbrückenden Widerstands recht genau einstellbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Widerstandswert des Dickschichtwiderstands- wird in Anpassung an die jeweilige Schalt- und Über- wachungsaufgabe des ¯Schutzschalters so gewählt, dass bei geschlossenem Schutzschalter (ungestörter Betrieb des überwachten Gerätes) der weit überwiegende Teil des über den Bimetallschutzschalter ftiessen- den Stromes den Weg über die Kontaktfeder' und die geschlossenen Schaltkontakte nimmt und nur ein verhältnismässig kleiner Teil des Stromes über den parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dickschichtwiderstand fliesst, sodass die im Dickschichtwiderstand erzeugte ohmsche Wärme nicht ausreicht, um das Bimetallelement des Schutzschalters auf seine Schalttemperatur zu erwärmen. Der Widerstandswert ist andererseits so zu -wählen, dass bei geöffnetem Schalter die infolge höheren Stromdurchgangs durch den Dickschichtwiderstand erzeugte ohmsche Wärme ausreicht, um das Bimetallelement oberhalb seiner Schalttemperatur und mithin den Schalter offen zu halten. Die dazu benötigte Heizleistung liegt typisch in der Grössenordnung von einigen Watt; bei einer Speisespannung von 220 V liegen geeignete Widerstandswerte für den Dickschichtwiderstand in der Grössenord nung von 10 k Q , z.B. zwischen 5 k Q und 25 k#. Die Rückstellung des Bimetallschutzschalters erfolgt durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Dickschichtwiderstand. Dies kann im einfachsten Fall durch Ziehen des Netzsteckers oder durch öffnen eines ohnehin vorhandenen Netzschalters erfolgen; es kann zu diesem Zweck aber auch ein gesonderter Unterbrecherschalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter kann grundsätzlich an beliebiger Stelle des Gerätes vorgesehen sein: sodass dadurch keine besonderen Ein bauprobleme für den rückstellbaren Schutzschalter entstehen. Da der Schutzschalter eine elektrische Zuleitung in jedem Fall benötigt, entsteht aüch dadurch kein gesondertes Einbauproblem für den neuartigen Schutzschalter. Der erfindungsgemässe Schalter ist anders als andere Bimetallschutzschalter ein auf elektrischem Wege einfach - nämlich durch zeitweise Stromunterbrechu"g - rückstellbares bistabiles Element und kann deshalb auch zur Herstellung von logischen Verknüpfungen eingesetzt werden. Er eignet sich besonders zum Einbau in elektrische Klinge. räte, Einbauthermostate, Kleinmotoren, Kleintransformatoren, Küchen-und Haushaltsgeräte u.ä. Dank seines plattenförmigen Aufbaus kann der Dickschichtwiderstand seine Wfrme über eine grosse Fläche verteilt abgeben, z.B. Mine Gehäusewand eines in Kunststoff gekapselten Bimetallschalters übertragen, indem man ihn auf diese Gehäusewand auflegt, oder auf den isolierenden Träger eines offenen Schalters übertragen, indem der Dickschichtwiderstand z.B. an dessen Unterseite angeordnet wird. Die zum Offenhalten des Thermoschalters benötigte Heizleistung, welche typisch einige wenige Watt beträgt, verteilt sich über eine grössere Fläche, sodass lokale Überhitzun- gen, welche den Bimetallschutzschalter verformen oder sonstwie schädigen könnten (vor allem, wenn der isolierende Träger bzw. das isolierende Gehäuse aus einem Kunststoff- bestehen), bei Verwendung von Dickschichtwiderständen nicht zu befürchten sind. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Dickschichtwiderständen liegt darin, dass sie durch Trimmen mittels eines Laserstrahles sehr exakt auf ihren Nennwert des Widerstandes eingestellt werden können; dementsprechend klein sind die Abweichungen vom Nennwert des Widerstandes innerhalb einer Serie und man muss - anders als bei den bekannten Bimetallschutzschaltern - keine "Heizleistungsreserve" zur Sicherheit einplanen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Dickschichtwiderständen liegt darin, dass es ohne weiteres möglich ist, die Grundfläche des Widerstandes den geometrischen Vorgaben des Bimetallschutzschalters anzupassen, sodass für jeden Bimetallschutzschalter ein optimaler Wärmeübergang vom Dickschichtwiderstand auf das Bimetallelement erzielt werden kann. Obendrein ist der Dickschichtwiderstand noch ein sehr preiswertes Bauelement. Erst durch seinen Einsatz kann dem Bimetallschutzschalter mit Selbsthaltung ein nahezu unbegrenztes Einsatzgebiet erschlossen werden. Üblicherweise befinden sich bei einem Bimetallschutzschalter der ruhende Schaltkontakt und die Kontaktfeder mit dem beweglichen Schaltkontakt auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Trägers. Es wird bevorzugt, den Dickschichtwiderstand in diesem Fall auf der anderen Seite des Trägers anzuordnen und insbesondere zwischen dem Dickschichtwiderstand und dem Bimetallelement bzw. der Kontaktfeder auf der anderen Seite des Trägers eine Durchbrechung im Träger vorzusehen, wodurch der Wärme übergang vom Dickschichtwiderstand auf das Bimetallelement erleichtert wird. Zweckmässigerweise wird der Dickschichtwiderstand unmittelbar an den ohnehin vorhandenen Anschlussfahnen bzw. -stiften des Bimetallschutzschalters befestigt. Um diese Befestigung nicht -durch Massabweichungen innerhalb einer Serie zu erschweren und insbesondere um eine automatische Befestigung zu erleichtern, werden die Anschlussfahnen oder -stifte mit Vorteil zunächst einstückig in dem Träger fixiert, z.B. mit Kunststoff umspritzt, danach getrennt, insbesondere im Bereich einer im mittleren Abschnitt des Trägers vorgesehenen Durchbrechung, und auf den getrennten Anschlussfahnen oder -stiften wird dann der Widerstand z.B. durch Löten befestigt. Die derart in den Träger eingebetteten Anschlussfahnen weisen zwangsläufig innerhalb einer Serie stets dieselben Lagen relativ zueinander auf, sodass die Verbindungspunkte mit dem Dickschichtwiderstand immer an denselben Stellen auf den Anschlussfahnen bzw. -stiften liegen können. Je nach Schalt- und Uberwachungsaufgabe kann das Bimetallelement die Kontaktfeder selbst sein (z.B. wenn der Schutzschalter ein Uberstromschutzschalter ists welcher den über seine Schaltkontakte fliessenden Strom überwacht), oder kann ein von der Kontaktfeder gesondertes, aber auf die Kontaktfeder einwirkendes Element sein. Im letzteren Falle wird eine Ausbildung des Bimetallelements als Schnappscheibe bevorzugt, weil diese eine besonders scharf definierte Schalttemperatur aufweist und einen besonders grossen Kontakthub bei der Kontakttrennung bewirkt, was sich günstig sowohl auf die Schaltsicherheit als auch auf die Zuverlässigkeit des Offenhaltens des Schutzschalters auswirkt. Aber auch bei Bimetallschutzschaltern, deren Bimetallelement keine Schnappscheibe ist, wird die Schaltsicherheit unter Vermeidung von unerwünschten -Schaltspielen beim Ansprechen des schleichend abhebenden beweglichen Kontaktstückes erhöht, weil bereits beim ersten öffnen des Schalters die Beheizung des Bimetallelements verstärkt und dadurch der Offnungsvorgang des Schalters beschleunigt wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Bimetall schalter, welche durch einen Dickschichtwiderstánd beheizt werden, aus dem DE-GM 79 20 923 bekannt sind; es handelt sich dabei jedoch nicht um Sicherheits ausschalter, sondern um thermische Zeitschalter, deren Aufgabe es ist, nach einem Schaftvorgang den Zeitschalter nach einer durch die Heizleistung bestimmten Zeitspanne ansprechen zu lassen. Eine Überbrückung des Schalters durch den Widerstand ist ebensowenig beschrieben, wie seine Nutzuwg zum Offenhalten des Schalters bis zu einer willkürli- chen Rückstellung. Ein typisches Anwendungsbeispiel für einen solchen bekannten Zeitschalter wäre ein Treppenlichtschalter, welcher nach vorbestimmter Zeitspanne nach dem Einschalten von Licht im Treppenhaus dieses selbsttätig wieder ausschaltet. Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung zeigt die beiliegende vereinfachte Zeichnung. Es handelt sich um einen Schnitt durch die vertikale Längsmittelebene eines nicht gekapselten Schutzschalters. (Die Er findung ist natürlich auch auf gekapselte Schalter anwendbar). In einen elektrisch isolierenden flachen Träger 1 eingebettet sind zwei elektrische Anschluss fah'nen 2 und 3 mit Lötösen 4 und 5. Aus den Anschlussfahnen 2 und 3 Sind Zungen 7 und 8 ausgestanzt, stufenförmig hochgestellt und ebenfalls abschnittweise in den Träger 1 eingebettet. Die Zungen 7 und 8 liegen in Höhe und parallel zur Oberseite 9 des Trägers t, die Anschlussfahnen 2 und 3 liegen in Höhe und parallel zur Unterseite 6 des Trägers 1. Auf der einen Zunge 8 ist mit Ihrem einen Ende eine Kontaktfeder 10 befestigt, welche an ihrem beweglichen Ende einen Schaltkontakt 11 trägt, der mit einem ruhenden Schaltkontakt 12 zusammenarbeitet, welcher auf der anderen Zunge 7 befestigt ist. Zwischen Haken 15 vorn und hinten auf der Kontaktfeder 10 und Laschen 17 seitlich an der Kontaktfeder 10 ist eine Bimetallschnappscheibe 16 lose gehalten. An der Unterseite des Trägers 1 ist ein Dickschichtwiderstand 18 angeordnet, welcher üblicherweise die Gestalt einer flachen, beschichteten Keramikplatte hat. Seine beiden starren Anschlussfahnen 20, 21 führen in entgegengesetzte Richtungen vom Dickschichtwiderstand 18 fort und sind mit den Anschlussfahnen 2 bzw. 3 des Schutzschalters verlötet. Der Träger 1 besitzt eine von unten nach oben durchgehende Duxchbrechung 19, durch welche die im Dickschichtwiderstand 18 erzeugte ohmsche Wärme zur Kontaktfeder 10 und zur Schnappscheibe 16 gelangen kann. Bei eingebautem und geschlossenem Schalter fliesst der Strom weit überwiegend über die Schaltkontakte 11 und 12 und nur zu einem geringen Teil über den Dickschichtwiderstand 18. Spricht jedoch der Schalter an und öffnet, dann fliesst der Strom nur noch über den Dickschichtwiderstand 18, dieser heizt sich auf und gibt soviel Wärme an die Schnappscheibe 16 ab, dass diese oberhalb ¯ihrer Schalttemperatur bleibt, solange der Strom durch den Dickschichtwiderstand 18 nicht unterbrochen wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Bimetallschutzschalter, welcher bei Uberschrei ten einer vorgewählten Temperatur durch ein Bimetallelement geöffnet und durch einen ohmschen Widerstand, welcher den Schalter überbrückt, in geöffnetem Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (19) ein Dickschichtwiderstand ist. 2. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (10) mit dem beweglichen Schaltkontakt (11) und der ruhende Schaltkontakt (12) des Bimetallschutzschalters auf der einen Seite eines elektrisch isolierenden Trägers (1) angeordnet sind. 3. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (18) auf der gegenüberliegenden Seite des isolierenden Trägers (1) angeordnet ist und dass dieser zwischen dem Widerstand (18) und der Kontaktfeder (10) durchbrochen ist. 4. Bimetallschutzschalter nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (16) eine Schnappscheibe ist. 5. Bimetallschutzschalter nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Schnappscheibe (16) durch Haken (15), Laschen (17) oder dergl. Halterun gen auf der Oberseite oder Unterseite der Kontaktfeder (10) gehalten ist. 6. Bimeta,Ilschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bits 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt- feder selbst das Bimetallelement ist. 7. Bimetallschutzschalter nach einem der vorstehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (18) an den Anschlussfahnen (2,3) bzw. -stiften des, ,Bimetallschutzschalters befestigt ist. 8. Verfahren zur Herstellung eines Bimetallschutz schalters mit den Merkmalen gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlussfahnen (2,3) zunächst einstückig zusammenhängend im isolierenden Träger (1) fixiert und anschliessend - z.B. durch einen Stanzvorgang- voneinander getrennt werden, und dass danach der Widerstand (18) an den Anschlussfahnen (2, 3) bzw. -stiften befestigt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung eines Bimetallschutzschalters gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlussfahnen (2,3) bzw. stifte im Bereich der Durchbrechung (19) des Trägers (1) voneinander getrennt werden.

Inventors: MULLER, MANFRED K., UCHIYA, TOMOYOSHI, Müller, Manfred K.
Applicants: LIMITOR AG, UCHIYA THERMOSTAT CO.
Application year: 1983
Main classification: H01H77
IPC codes: H01H1, H01H77