KontaktAls Temperaturbegrenzer werden ein- oder mehrpolige Kontaktsysteme (Bimetallschalter) bezeichnet, die eingesetzt werden, um die Spannungsversorgung in einem elektrischen Gerät bei Erreichen einer festgelegten Temperatur zuverlässig zu unterbrechen (Temperatursicherung). Häufig werden sie auch als Temperaturregler, Temperaturwächter bzw. Sicherheitstemperaturbegrenzer bezeichnet. Die typischen Einsatzgebiete von Temperaturbegrenzern sind Elektromotoren, Transformatoren, Heizgeräte und herkömmliche Haushaltsgeräte wie zum Beispiel Mixer und Wasserkocher. In der Temperatursicherung wird dabei zwischen öffnenden und schließenden Temperaturbegrenzern (Öffner und Schließer) unterschieden. Für den klassischen Geräteschutz können nur Temperaturbegrenzer mit einem öffnenden Kontakt verwendet werden. Die schließenden Temperaturbegrenzer eignen sich hingegen für die Betriebssicherheit, sprich den störungsfreien und anwendungssicheren Betrieb eines Geräts, beispielsweise durch Zuschalten eines Signalgebers oder eines Lüfters.
Die Nennschalttemperatur (kurz NST) ist der wichtigste Funktionsparameter eines Temperaturbegrenzers. Die Nennschalttemperatur gibt an, bei welcher Temperatur ein Temperaturbegrenzer (Bimetallschalter) auslösen soll (Temperatursicherung). Im Falle eines Öffners, entspricht die Nennschalttemperatur der Temperatur, bei dem der Kontakt des Schalters öffnet und somit den Stromfluss unterbricht. Demzufolge gibt die Nennschalttemperatur eines Schließers an, bei welcher Temperatur der Kontakt geschlossen wird. Die Nennschalttemperatur wird in der Regel in Grad Celsius (°C) angegeben. In Verbindung mit der Nennschalttemperatur wird üblicherweise auch die Schalttoleranz, in Kelvin (K), angegeben. Dieser Parameter beschreibt die Streuung der tatsächlichen Schalttemperatur. Die Standardtoleranz beträgt ±5 K, aber auch Toleranzen von ±2,5 K sind realisierbar.
Das Pendant zur Nennschalttemperatur ist die Rückschalttemperatur. Die Rückschalttemperatur bestimmt die Temperatur, bei der ein Schalter wieder zurück in seine Ausgangslage schaltet. Bei öffnenden Temperaturbegrenzern ist die Rückschalttemperatur also die Temperatur, bei der der Kontakt geschlossen wird. Schließende Temperaturbegrenzer (Bimetallschalter) werden bei Erreichen der Rückschalttemperatur demzufolge wieder geöffnet. Die Rückschalttemperatur spielt gegenüber der Nennschalttemperatur eine untergeordnete Rolle. Allerdings muss bei der Definition der Rückschalttemperatur immer beachtet werden, dass diese oberhalb der Umgebungstemperatur der Endapplikation liegt, um zu gewährleisten, dass zum Beispiel ein automatisch rückstellender Schalter nach Auslösen wieder zurück schalten kann. Daher wird die Rückschalttemperatur in der Regel anhand der höchsten vorgesehenen Umgebungstemperatur gewählt.
Neben den zwei Parametern Nenn- und Rückschalttemperatur, gehört auch der Kontaktwiderstand zu den wichtigsten Eigenschaften eines Temperaturbegrenzers. In Datenblättern wird der Kontaktwiderstand immer als Obergrenze angegeben. Im realen Einsatz weisen die Schalter allerdings einen wesentlich kleineren Kontaktwiderstand als angegeben auf. Hintergrund dafür ist die Veränderung des Kontaktwiderstands über seine Lebensdauer, die bedingt ist durch die elektrischen Lastbedingungen wie beispielsweise Spitzenströme, induktive und kapazitive Blindanteile. Der in einer Applikation gemessene Kontaktwiderstand eines Temperaturbegrenzers setzt sich zusammen aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelwiderständen. Je nach Aufbau des Schalters addieren sich die Anteile von ein oder zwei elektrischen Kontaktsystemen, Niet-, Schweiß- oder Lötverbindungen, den Wirkwiderständen der stromdurchflossenen Teile sowie die Widerstände der angebrachten Leitungen und deren Anschlüsse. Die Separierung des Kontaktwiderstands von den übrigen Widerständen gestaltet sich häufig schwierig, ist jedoch elementar für die Bestimmung der eigenerwärmungsbedingten Verschiebung der Schalttemperatur.
Unter Kontaktprellen versteht man ein wiederholtes, ungewolltes Öffnen und Schließen von Kontakten mit hoher Geschwindigkeit. Das Kontaktprellen tritt beim Schalten und Rückschalten des Temperaturbegrenzers kurzzeitig auf, bis ein stabiler Zustand erreicht ist. Bei mechanischen Schaltsystemen ist dieses Kontaktprellen prinzipiell nicht vollständig vermeidbar. Die Zeit des Kontaktprellens ist gleichzeitig auch ein Qualitätsmerkmal eines Temperaturbegrenzers. Je kürzer die Zeit des Kontaktprellens bei Öffnungs- und Schließvorgängen, desto höher ist die Qualität des Schalters, da so weniger Kontaktbrand infolge von Lichtbogeneinwirkung beim Schalten unter Last erfolgt.
Das wesentliche Leistungsmerkmal eines Temperaturbegrenzers (Bimetallschalters) ist die Anzahl von Schaltzyklen, die er unter den ungünstigsten Lastbedingungen innerhalb der jeweiligen Applikation schaltet, ohne den definierten Parameterbereich (Nenn- und Rückschalttemperatur sowie Kontaktwiderstand) zu verlassen. Unter Schalten wird der Wechsel zwischen Öffnen und Schließen des Kontakts verstanden.
Eines der häufigsten Anwendungsgebiete von Temperaturbegrenzern (Bimetallschaltern) sind Wicklungen. Diese werden zur Erhöhung der Lebensdauer durch Verwendung von Isoliermaterialien, Imprägnierlacken oder Tränkharzen geschützt. In der Regel werden die Temperaturbegrenzer bereits vor der Imprägnierung in der Wicklung angebracht und durchlaufen den Imprägnierprozess der Wicklung mit. Aus diesem Grund muss ein Temperaturbegrenzer eine Imprägnierbeständigkeit aufweisen, sprich dicht sein. Der Schalter muss gegen das Eindringen von beispielsweise Isolierlacken mit geringer Viskosität in das Schaltinnere resistent sein. Besitzt der Temperaturbegrenzer keine Imprägnierbeständigkeit und es dringt Flüssigkeit in den Schalter, könnte dieser im Störfall nicht Schalten und das Endgerät somit nicht vor Überhitzung schützen. Das Vakuumimprägnierverfahren stellt dabei die größte Anforderung an die Imprägnierbeständigkeit des Temperaturbegrenzers. Im Idealfall ist die Imprägnierbeständigkeit des Temperaturbegrenzers im Vorfeld gegeben. Eine nachträgliche Abdichtung von Schaltsystemen, wird durch Einsatz von Epoxidharzen oder Silikonen hergestellt.
PTCs (Positive Temperature Coefficient) sind Kaltleiter, deren Eigenschaft ist, bei tiefen Temperaturen den Strom besser zu leiten als bei hohen Temperaturen, aufgrund des steigenden Widerstands bei steigender Temperatur. Durch den nichtlinearen Widerstandsverlauf von PTC-Thermistoren dienen diese hauptsächlich als Überstrom- bzw. als Übertemperaturschutz. Der Temperaturbereich der Thermik PTCs liegt zwischen 70°C und 180°C. Der wesentliche Unterschied zwischen PTCs und Temperaturbegrenzern mit einem Bimetallsystem besteht darin, dass PTC-Thermistoren eine zusätzliche Auswerteelektronik zur Anwendung benötigen. Höhere und individuelle Schaltzyklen sind die Vorteile von PTC-Thermistoren.
Alle elektrischen und elektronischen Geräte, inklusive aller verwendeten Bauteile, müssen hinsichtlich ihrer risikofreien Anwendung überprüft werden. Der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) prüft in seinem Zertifizierungsinstitut sämtliche elektrotechnische Geräte, Komponenten und Systeme und stellt Zulassungen, sprich VDE Approbationen, aus. Thermik verfügt für nahezu alle Schaltertypen und Ausführungen eine VDE Approbation. Durch erlangen der VDE Approbation wird dem Hersteller die Genehmigung erteilt, dass VDE-Prüfzeichen und andere Konformitätsnachweise zu verwenden. VDE Approbationen sind besonders für den deutschen Markt von Bedeutung.
Auf dem US-amerikanischen Markt sind UL Approbationen der wichtigste Nachweis für die Sicherheit eines Produkts. Neben den VDE Approbationen, verfügen die Thermik Produkte auch zum großen Teil über UL Approbationen. Die UL (Underwriters Laboratories) prüft und zertifiziert ebenfalls als unabhängige Instanz Produkte, Komponenten, Materialien und Systeme. Der Nachweis für die Erfüllung der Anforderungen, sprich der Erteilung der UL Approbation, sind das UL-Listing-Prüfzeichen bzw. das UL-Recognized-Component-Prüfzeichen.
Was die VDE Approbation für Deutschland und die UL Approbation für USA ist, ist die CSA Approbation für Kanada. Die Canadian Standards Association (kurz CSA) ist ein anerkanntes und akkreditiertes Prüf- und Zertifizierungsinstitut für den kanadischen Markt. Erfüllt ein Produkt alle sicherheitsrelevanten Standards, erhält es die CSA Approbation und das CSA-Prüfzeichen.
Eine CQC Approbation kennzeichnet die Einhaltung von Standards und die Qualität von Produkten auf dem chinesischen Markt. Die CQC (China Quality Certification Center) ist vergleichbar mit dem VDE, der UL und der CSA. Die CQC Approbation ist ebenfalls für viele Temperaturbegrenzer (Bimetallschalter) von Thermik verfügbar.
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