SICHERHEITSAUSSCHALTVORRICHTUNG

Technisches Gebiet:

Die Erfindung geht aus von einer Sicherheitsausschaltvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Stand der Technik:

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A 35 06 784 bekannt. Sie enthält zwei Komponenten, nämlich zum einen einen Thermoschalter, welcher in Reihe mit dem Verbraucher liegt, bei Überhitzung öffnet und dadurch den Verbraucher abschaltet, und zum zweiten einem lageabhängig ansprechendem Schalter, welcher parallel zum Verbraucher liegt, in Normallage des Gerätes geöffnet ist und einen Vorwiderstand hat, welcher den Thermoschalter beheizt, wenn der lageabhängig ansprechende Schalter schließt. Der Thermoschalter überschreitet infolge der Beheizung nach einiger Zeit seine Schalttemperatur und öffnet, so dass infolge des Ansprechens des lageabhängigen Schalters auch der Verbraucher abgeschaltet wird. Unter der Voraussetzung, dass der Thermoschalter nicht im Stromkreis des lageabhängig ansprechenden Schalters liegt, bleibt nach dessen Ansprechen der Thermoschalter infolge seiner andauernden Beheizung so lange geöffnet, bis das Gerät wieder in seine Normallage gebracht wird, in welcher der lageabhängige Schalter öffnet, wodurch sein Vorwiderstand stromlos wird und allmählich abkühlt.Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, dass der Thermoschalter nach Schließen des lageabhängig ansprechenden Schalters relativ langsam anspricht und öffnet. Die Ansprechgeschwindigkeit kann durch Erhöhung der Heizleistung des ihn beheizenden Widerstandes nur sehr eingeschränkt gesteigert werden, weil die nach dem Öffnen des Thermoschalters andauernde Beheizung diesen sonst überhitzt und schädigt. Bei einer nicht von diesem Vorwiderstand ausgehenden Überhitzung des Thermoschalters ist aber nicht dafür gesorgt, dass der Thermoschalter nach dem Ansprechen offen bleibt, vielmehr wird er sich wieder selbsttätig einschalten, nachdem er sich abgekühlt hat, ohne Rücksicht darauf, ob die Störung, die zu der Überhitzung geführt hat, beseitigt ist oder nicht.

Aus der EP-A-0 102 574 ist es bekannt, dass ein Thermoschalter offen gehalten werden kann, wenn er durch einen ihn überbrückenden Widerstand beheizt wird.

Offenbarung der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsausschaltvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass der den Verbraucher abschaltende Thermoschalter nach Schließen des lage- bzw. beschleunigungsabhängig schaltenden Schalters rasch öffnet und nach einem jeden Ansprechen, aus welcher Ursache auch immer, selbsttätig offen gehalten wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstandes wird in Anpassung an die jeweilige Schalt- und Überwachungsaufgabe des Thermoschalters und an den Widerstandswert des Verbrauchers so gewählt, dass bei geschlossenem Thermoschalter der weit überwiegende Teil des durch den Verbraucher fließenden Stromes den Weg unmittelbar über den Thermoschalter nimmt und nur ein verhältnismässig kleiner Teil des Stromes über den zusätzlichen Widerstand fließt, so dass die im Widerstand erzeugte ohmsche Wärme nicht ausreicht, um den Thermoschalter auf seine Schalttemperatur zu erwärmen. Spricht jedoch der Thermoschalter infolge von Überhitzung an, dann fließt nur noch Strom durch den zusätzlichen Widerstand und durch den Vorwiderstand des bevorzugt lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalters, sofern dieser geschlossen ist. Der Widerstandswert des weiteren, den Thermoschalter überbrückenden Widerstandes ist deshalb andererseits so zu wählen, dass bei geöffnetem Thermoschalter die infolge höheren Stromdurchgangs durch den zusätzlichen Widerstand erzeugte ohmsche Wärme ausreicht, um den Thermoschalter offen zu halten. Die dazu benötigte Heizleistung liegt typisch in der Größenordnung von einigen Watt. Bei einer Speisespannung von 220 Volt liegen geeignete Widerstandswerte für den zusätzlichen Widerstand in der Größenordnung von 10 kΩ , z.B. zwischen 5 kΩ und 25 kΩ. Der zu dem auf Lageänderungen bzw. Beschleunigungen ansprechenden Schalter gehörende Vorwiderstand muss den Thermoschalter in angemessener Zeit von seiner normalen Betriebstemperatur bis über seine Schalttemperatur aufheizen können, was eine etwas größere Heizleistung erfordert als das bloße Offenhalten. Es empfiehlt sich deshalb, den Widerstandswert dieses Vorwiderstandes etwas niedriger zu wählen als den Widerstandswert des zusätzlichen Widerstandes, welcher den Thermoschalter dauernd überbrückt und beheizt.

In der erfindungsgemäßen Anordnung der beiden Widerstände überbrücken diese den Thermoschalter in Reihe liegend und sind zugleich in paralleler Anordnung Vorwiderstände des bevorzugt lage- und/oder beschleunigüngsabhängig ansprechenden Schalters. Bei ungestörten Verhältnissen (der Thermoschalter ist geschlossen und der auf Lageänderungen und/oder auf Beschleunigungen ansprechende Schalter ist offen) fließt durch die beiden hintereinander liegenden Widerstände nur ein vernachlässigbarer Strom, der zum Öffnen des Thermoschalters nicht ausreicht. Wird jedoch der auf Lageänderungen und/oder Beschleunigungen ansprechende Schalter geschlossen, dann fließt über diesen ein Strom, der sich über die beiden Widerstände verzweigt, so dass in beiden Widerständen ohmsche Wärme erzeugt wird, welche den Thermoschalter beheizt und schließlich öffnet. Nach dem Öffnen des ThermoschaIters ist der Stromweg dann über einen der beiden Widerstände unterbrochen, so dass in erwünschter Weise zum Offenhalten nur noch die in einem der Widerstände erzeugte ohmsche Wärme herangezogen wird. Diese Art der Anordnung der Widerstände erlaubt also ein Offenhalten des Thermoschalters bei geringerer Heizleistung und ein rasches Ansprechen des Thermoschalters infolge höherer Heizleistung der Widerstände nach Schließen des auf Lageänderungen und/oder Beschleunigungen ansprechenden Schalters. Bei Auftreten einer Überhitzung ohne Ansprechen des auf Lageänderungen und/oder Beschleunigungen ansprechenden Schalters hängt die Ansprechgeschwindigkeit des Thermoschalters ohnehin von der Art der Störung ab und für das Offenhalten des Thermoschalters ist in diesem Falle wieder derselbe Widerstand verantwortlich wie beim Schließen des auf Lageänderungen und/oder Beschleunigungen ansprechenden Schalters. Diesen Widerstand wählt man deshalb zweckmässigerweise so, dass er eine möglichst geringe, jedoch zum Offenhalten des Thermoschalters unter allen Umständen ausreichende Heizleistung erbringt. Den anderen Widerstand kann man danach so wählen oder - im Falle eines Potentiometers - so einstellen, dass man die gewünschte Ansprechgeschwindigkeit des Thermoschalters infolge Schließens des auf Lageänderung und/oder Beschleunigungen ansprechenden Schalters erhält.

Um einen günstigen Wärmeübergang von den Widerständen auf den Thermoschalter zu erreichen, ordnet man sie zweckmäßigerweise neben dem Thermoschalter an. Besonders günstig ist es, einen Bimetallschalter durch Dickschichtwiderstände in der Weise zu ergänzen, dass auf der einen Seite eines elektrisch isolierenden Trägers die Kontaktfeder und die beiden Schaltkontakte des Bimetallschalters liegen und auf der anderen Seite des Trägers die Widerstände, wobei entweder die Widerstände und das Bimetallelement auf derselben Seite des Trägers liegen oder im Träger eine Durchbrechung vorgesehen ist, durch welche ein möglichst ungehinderter Wärmeübergang von den Widerständen auf der einen Seite des Trägers zum Bimetallelement auf der anderen Seite des Trägers möglich ist.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, als Träger des Thermoschalters eine keramische Platte (Wafer) zu wählen, welche auf der einen Seite die Kontaktfeder und die Schaltkontakte und auf der gegenüberliegenden Seite die Widerstandschichten trägt.

Die Verwendung von Dickschichtwiderständen hat den weiteren Vorteil, dass man den/lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalter unmittelbar auf dem bzw. den Trägern der Dickschichtwiderstände befestigen kann, wodurch man eine leicht zu handhabende, kompakte Baueinheit erhält. Den lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalter bringt man am besten in einem quaderförmigen, vorzugsweise würfelförmigen Gehäuse unter, welches an mehreren, vorzugsweise an drei zueinander senkrechten Seiten Mittel zur Montage hat, so dass ein und derselbe Schalter dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend in unterschiedlicher Orientierung montiert werden kann.

Im übrigen eignen sich als lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechende Schalter solche, die in einem Gehäuse zwei voneinander isolierte Elektroden und eine zwischen ihnen frei bewegliche, elektrisch leitende Kugel haben, welche nur in vorgegebener Lage bzw. bei fehlender Beschleunigung mit den beiden Elektroden Kontakt macht. Schalter mit geeigneter Gestalt der Elektroden sind beispielsweise in der DE-OS 31 11 099, in der DE-OS 22 61 974, in der DE-OS 28 24 210 und im DE-GM 85 10 110 beschrieben.

Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung eines lageabhängig ansprechenden Schalters besteht darin, in einem Gehäuse zwei voneinander isolierte Elektroden vorzusehen, von denen eine glockenförmig ausgebildet und die andere nach Art eines frei pendelnden Klöppels darin angeordnet ist, wobei dieser Schalter schließt, wenn der Klöppel die glockenförmige Elektrode berührt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechende Schalter ersetzt werden durch ein anderes elektrisches oder elektronisches schaltbares Bauteil, welches in einem Schaltzustand leitend ist und in einem anderen Schaltzustand sperrt, z.B. eine Fotodiode, ein Transistor, ein willkürlich betätigbarer Mikroschalter, ein Niveausensor oder dgl. Eine Fotodiode als Schalter kann durch eine Lichtquelle angesteuert werden, ein Transistor kann durch einen Sensor mit elektrischem Ausgangssignal angesteuert werden, ein Mikroschalter kann von Hand oder durch ein Maschinenteil betätigt werden, ein Niveausensor kann bei Eintauchen in einen Elektrolyten leitend werden etc. . So kann man die unterschiedlichsten Parameter überwachen und bei Überschreiten eines Grenzwertes den zugehörigen Verbraucher mittels eines Thermoschalters abschalten, der zusätzlich noch einen Überhitzungsschutz bietet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

• Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kombination eines Bimetallschalters mit einem lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalter,
• Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine andere Ausführungsform eines lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalters,
• Fig. 3 zeigt den die Elektroden tragenden Einsatz des Schalters gemäß Fig. 2 in der Draufsicht,
• Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalters im Schnitt,
• Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispeil einer erfindungsgemäßen Sicherheitsausschaltvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen mit Wegen zur Ausführung der Erfindung:

Fig. 1 zeigt einen Bimetallschalter 1, bei dem in einen elektrisch isolierenden, flachen Träger 1a zwei elektrische Anschlußfahnen 2 und 3 mit Lötösen 4 und 5 eingebettet sind. Aus den Anschlußfahnen 2 und 3 sind Zungen 7 und 8 ausgestanzt, stufenförmig hochgestellt und ebenfalls abschnittweise in den Träger 1a eingebettet. Die Zungen 7 und 8 liegen in Höhe und parallel zur Oberseite 9 des Trägers 1a, die Anschlußfahnen 2 und 3 liegen in Höhe und parallel zur Unterseite 6 des Trägers 1a.

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 ist eine Bimetallschnappscheibe 16 lose gehalten. Alternativ könnte die Bimetallschnappscheibe auch an der Unterseite der Kontaktfeder 10, also zwischen der Kontaktfeder 10 und dem Träger 1a angeordnet sein.

An der Unterseite des Trägers 1a ist eine Keramikplatte 18 angeordnet, welche als Träger für einen oder zwei Dickschichtwiderstände dient. An der Keramikplatte 18 sind zwei starre Anschlußfahnen 20, 21 befestigt, welche in entgegengesetzte Richtungen von der Platte 18 abstehen und mit den Anschlußfahnen 2 bzw. 3 des Bimetallschalters verlötet sind.

Der Träger 1a besitzt eine von unten nach oben durchgehende Durchbrechung 19, durch welche die in dem oder den Dickschichtwiderständen erzeugte ohmsche Wärme zur Bimetallschnappscheibe 16 gelangen kann.

Ferner ist ein auf Lageänderungen und/oder Beschleunigungen ansprechender Schalter 22 vorgesehen, der ein Gehäuse 23 mit durchgehender zylindrischer Bohrung hat. In die Bohrung sind zwei Einsatzteile 24 und 25 eingefügt, deren einander zugewandte Oberflächen schwach konkav ausgebildet und mit zwei Elektroden 26 bzw. 27 belegt sind, welche einen Hohlraum begrenzen, in welchem eine Kugel 28 frei beweglich angeordnet ist.

Das Gehäuse 23 und die beiden Einsatzteile 24 und 25 bestehen aus Kunststoff. Zwischen den beiden Einsatzteilen 24 und 25 befindet sich ein Kunststoffring 29, welcher die beiden Einsatzteile und damit auch die beiden Elektroden 26 und 27 auf Abstand hält. Von den beiden Elektroden, die z.B. durch stromlose Metallabscheidung auf den beiden Einsatzteilen 24 und 25 gebildet sein können, führt je eine Anschlußfahne 30 und 31 durch den Spalt zwischen den beiden Einsatzteilen 24 und 25 auf der einen Seite und dem Gehäuse 23 auf der anderen Seite in entgegengesetzte Richtungen nach draussen. Mit einer dieser Anschlußfahnen 31 ist der Schalter 22 mit einer Strombahn auf der keramischen Platte 18 verlötet.

Die Kugel 28 besteht wenigstens an ihrer Oberfläche aus Metall. In der dargestellten Lage ist der Schalter 22 offen. Bei starken Beschleunigungen in einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Ebene oder beim Kippen des Schalters 22 um 90° bewegt sich die Kugel 28 in eine Position, in welcher sie unter Überbrückung des schmalen Rings 29 mit beiden Elektroden 26 und 27 Kontakt macht und dadurch den Schalter schließt.

Ein Schaltungsbeispiel der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt.

Fig. 5 zeigt einen aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Verbraucher R, mit welchem der Bimetallschalter 1 in Reihe liegt.

In Reihe mit dem Verbraucher R liegt der Bimetallschalter 1, welcher durch die beiden in Reihe liegenden Widerstände R₃ und R₄ überbrückt wird. Das zwei Schaltzustände aufweisende Bauteil 22, bei dem es sich insbesondere um einen lage- und/oder beschleunigungsabhängig ansprechenden Schalter handelt, liegt parallel zum Verbraucher R, und zwar in der Weise, dass die eine Klemme des Schalters 22 mit der Verbindungsleitung 34 der beiden Widerstände R₃ und R₄ verbunden ist.

Unter Zugrundelegung einer Netzspannung von 220 V und eines Widerstands des Verbrauchers von R = 50 Ω sind geeignete Widerstandswerte für die beiden Widerstände R₃ und R₄$$\text{R₃ = 50 k Ω}$$$$\text{R₄ = 15 k Ω .}$$

Im Normalbetriebszustand, wenn der Bimetallschalter 1 geschlossen und der andere Schalter 22 offen ist, fließt durch die Widerstände R₃ und R₄ nur ein vernachlässigbarer Strom. Wenn der Schalter 22 beispielsweise infolge einer Lageänderung schließt, dann fällt über jedem der beiden Widerstände R₃ und R₄ die Netzspannung in voller Höhe ab, sie sind in diesem Fall zueinander parallel geschaltete Vorwiderstände des Schalters 22. In ihnen wird mit einer Leistung von zusammen ungefähr 6,5 W ohmsche Wärme erzeugt, mit welcher der Bimetallschalter 1 beheizt wird, bis er seine Schalttemperatur überschreitet und öffnet. Danach fällt nur noch über dem Widerstand R₃ die volle Netzspannung ab und der Bimetallschalter 1 wird praktisch nur noch vom Widerstand R₃ mit der verminderten Leistung von ungefähr 3,25 W beheizt, was zum Offenhalten des Bimetallschalters 1 ausreicht. Der Widerstand R₄ und der Verbraucher R sind praktisch stromlos.

Spricht nicht der Schalter 22, sondern nur der Bimetallschalter 21 infolge einer Überhitzung an, dann fließt im Schaltungsbeispiel gemäß Fig. 5 der gesamte Strom durch die beiden hintereinander liegenden Widerstände R₃ und R₄; die Widerstände R₃ und R₄ beheizen den Bimetallschalter 1 mit einer Leistung von zusammen ungefähr 1,6 W und halten ihn offen. Gleichzeitig entwickelt der Verbraucher R infolge des hochohmigen Vorwiderstandes R₃ + R₄ nur noch eine vernachlässigbare Leistung.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 kann der Schalter 22 durch einen abgewandelten Schalter wie in Fig. 2 oder Fig. 4 dargestellt, ersetzt werden. Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Schalter 40 eignet sich besonders für die Verwendung in Bügeleisen. Der Schalter 40 hat ein Gehäuse 41 mit einer zylindrischen Ausnehmung 42, welche durch ein Einsatzteil 43 verschlossen ist.

Das Einsatzteil 43 hat eine schwach konkave, innenliegende Oberfläche, welche mit zwei Elektroden 44 und 45 belegt ist, deren Gestalt in der Draufsicht in Fig. 3 erkennbar ist. Das Gehäuse 41 und das Einsatzteil 43 bestehen aus Kunststoff. Die Elektroden 44 und 45 können auf dem Einsatzteil 43 durch stromlose Metallabscheidung gebildet sein.

Die beiden Elektroden 44 und 45 haben die Gestalt eines Streifens und beide Elektroden gehen vom tiefsten Punkt der konkaven Oberfläche des Einsatzteils 43 aus und verlaufen in entgegengesetzte Richtungen bis zum Rand der konkaven Oberfläche des Einsatzteils 43. Von dort aus führen zwei Anschlußfahnen 46 und 47 durch den Spalt zwischen dem Gehäuse 41 und dem Einsatzteil 43 nach außen. In der Mitte des Einsatzteils 43, wo die beiden Elektroden 44 und 45 zusammentreffen, ist in der konkaven Oberfläche eine kreisförmig umrandete Vertiefung 48 vorgesehen, welche gleichzeitig die beiden Elektroden 44 und 45 begrenzt.

In dem Hohlraum 42 befindet sich eine frei bewegliche Kugel 49, deren Radius größer ist als der Radius der Vertiefung 48 und welche wenigstens an ihrer Oberfläche aus Metall besteht.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Lage liegt die Kugel 49 im tiefsten Punkt des Einsatzteils 43 und macht mit beiden Elektroden 44 und 45 Kontakt: Der Schalter ist geschlossen. Bei Lageänderungen oder bei Beschleunigungen in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene wird die Kugel 49 aus ihrer in Fig. 2 gezeigten Lage ausgelenkt: Der Schalter ist geöffnet.

Der in Fig. 2 dargestellte Schalter wird so im Bügeleisen eingebaut, dass er die in Fig. 2 dargestellte Lage einnimmt, wenn das Bügeleisen auf seiner Bügelsohle steht. Ist das Bügeleisen in Ruhe, nimmt die Kugel die in Fig. 2 dargestellte Lage eine und schließt den Schalter, so dass bei Anwendung des in Fig. 5 dargestellten Schaltungsbeispiels das Bügeleisen abgeschaltet wird, so dass das Bügelgut oder die Bügelunterlage nicht versehentlich versengt werden. Beim Bügeln jedoch wird das Bügeleisen hin und her bewegt, und das hat zur Folge, dass die Kugel auf der konkaven Oberfläche des Einsatzteils 43 hin und her rollt und allenfalls zufallsbedingt und kurzzeitig die beiden Elektroden 44 und 45 miteinander verbindet. Der dabei auftretende kurzzeitige Stromfluß durch die Widerstände R₃ und R₄ dauert ledoch nicht lange genug, um den Bimetallschalter 1 bis über seine Schalttemperatur zu erwärmen, so dass beinormalen Bügelbewegungen die Beheizung der Bügelsohle gewährleistet ist. Entsprechendes gilt , wenn das Bügeleisen in Bügelpausen, wie es üblich ist, hochgestellt wird.

Fig. 2 zeigt noch zwei Gewindebohrungen 50 im Gehäuse, welche zur Montage des Schalters 40 dienen.

Der in Fig. 4 dargestellte Schalter 52 hat ein Gehäuse 53 mit glockenförmigem Hohlraum 54, welcher im unteren Bereich eine ringförmige Elektrode 55 trägt, von welcher eine Lötfahne 56 durch den Spalt zwischen dem Gehäuse 53 und einer den Hohlraum 54 verschließenden Platte 57 nach außen führt. Im Hohlraum 54 ist ein metallischer Klöppel 58 frei pendelnd aufgehängt. Vom Klöppel 58 führt eine weitere Lötfahne 59 aus dem Gehäuse heraus. Bei der in Fig. 4 dargestellten Normallage berührt der Klöppel die Elektrode 55 nicht: Der Schalter ist offen. Wird der Schalter 52 über eine seiner Kanten um 90° oder 180° gekippt, macht der Klöppel 58 Kontakt mit der Elektrode 55: Der Schalter ist geschlossen.