DE2511907A1

DE2511907A1 - Thermisch betaetigbarer schalter

Info

Publication number: DE2511907A1
Application number: DE19752511907
Authority: DE
Inventors: Graham Bernard Gibbs; Alan Owen Wookey
Original assignee: Satchwell Controls Ltd
Current assignee: Satchwell Controls Ltd
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1975-09-25
Also published as: SE7503235L; GB1475185A

Description

Ksg. Woi/gong Bsiühüi
6 Frankiuri a. M. 1
Pcorksiiofie 13

8152 Zo-r

Anm.: Satchwell Controls Limited, Slough, 94, Farnhain Road, Großbritannien

Thermisch betätigbarer Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermisch betätigbaren Schalter mit einem Bimetall-Antriebswerk und einer überzentrierten Weichenzunge, bestehend aus einem rechteckigen Rahmen aus elastischem Material, mit einem Steg, der sich von einem Querteil des Rahmens parallel zu den Seitenteilen des Rahmens erstreckt, und bei dem auf dem Querteil ein elektrischer Kontakt angeordnet ist, der mit einem zweiten ortsfesten Kontakt des Schalters zusammenarbeitet.

Im Betrieb wird die Zunge mit unter Spannung stehendem Steg montiert, wodurch die Seitenteile des Rahmens beansprucht werden, so daß der den Kontakt aufweisende Teil des Rahmens in die eine oder die andere Richtung unter rechten Winkeln zu der Ebene der Zunge gedrängt wird, in Abhängigkeit davon, an welcher Seite der Ebene der Seitenteile das freie Ende des Stegs angeordnet ist.

Bei bekannten thermisch betätigten Schaltern, die eine überzentrierte Weichenzunge der voranstehend beschriebenen Art besitzen, umfaßt die Weichenzunge, ihre Befestigung und ihr Arbeitskontakt eine vollständige Montageuntergruppe, die durch einen auf einen spezifischen Punkt der Weichenzunge aufgebrachten Druck betätigbar ist. In charakteristischer Weise öffnen die Kontakte, wenn Druck

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auf die Zunge aufgebracht wird und schließen, wenn der Druck abgebaut wird. Der erforderliche Druck wird im allgemeinen mittels eines Bimetall-Antriebswerk über einen Hebel aufgebracht, das Bimetall und der Hebel bilden zusammen eine in sich geschlossene Montageuntergruppeneinheit. Ein derartiger Schalter weist den Nachteil auf, daß die Abmessungen und sonstigen Parameter jeder Montageuntergruppeneinheit und deren relative Stellungen zueinander genau eingehalten ssin müssen, um eine korrekte Arbeitsweise des Schalters in seiner Gesamtheit zu gewährleisten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen thermisch betätigbaren Schalter mit einem Bimetall-Antriebswerk und einer überzentrierten Weichenzunge der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem auch bei größeren Toleranzen der einzelnen Baueinheiten in bezug auf die Abmessungen und auf die gegenseitigen Positionen ein exaktes Arbeiten des Schalters sichergestellt ist und somit der Nachteil herkömmlicher Schalter vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Weichenzunge und das Bimetall-Antriebswerk an entsprechenden ersten Punkten mit relativ festgelagerten Halterungen versehen sind, daß ein zweiter Punkt auf dem Bimetall-Antriebswerk in Kontakt mit einem zweiten Punkt auf der Weichenzunge steht, um diese gegen ihre Halterung in dem gewünschten Spannungszustand für eine Überzentrierung zu halten, daß infolge der Federkraft der Weichenzunge auf das Antriebswerk ein weiterer Punkt des Antriebswerks vorgespannt in Berührung mit einem Auflager sich befindet, dessen Position die ■ Betriebstemperatur des Schalters festlegt, und daß sich der zweite Punkt auf dem Bimetall-Antriebswerk in bezug auf die Halterungen als Folge der Temperaturänderung bewegt, um den Schalter zu betätigen.

In bevorzugter Weise sind die festgelagerten Halterungen als Drehhalterungen ausgebildet. Bei einer derartigen Anordnung weist jede der festgelagerten Halterungen eine V-förmige Nut auf, in die ein Teil dor Weichenzunge oder des Bimetall-Antriebswerks durch die Federkraft der Weichenzunge eingerastet ist, um die Drehhalterung zu

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bilden. In Ausgestaltung der Erfindung sind die V-förmigen Nuten in einem Bauteil oder in Bauteilen vorgesehen, die mit dem Rahmen verbunden oder Teile des Rahmens oder eines Gehäuses des Schalters sind.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, geeignet als Energieregler, zeichnet sich dadurch aus, daß das Bimetall-Antriebswerk ein Schalt-Bimetall umfaßt, das bei geschlossenen Schalterkontakten solange aufgeheizt wird, bis das Bimetall-Antriebswerk die Schalterkontakte wieder öffnet, und daß die Schalterkontakte beim Abkühlen des Schalt-Bimetalls wieder schließen, so daß ein zyklisches Öffnen und Schließen der Schalterkontakte auftritt. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt ein Bimetall zur Kompensation der UmgebungstemperatürSchwankungen an dem Schalt-Bimetall befestigt und Steht der zweite Punkt auf der Weichenzunge in Berührung mit einem Punkt auf dem Kompensations-Bimetall. Das Schalt-Bimetall und das K.ompensations-Bimetall bestehen vorteilhafterweise aus Bimetallstreifen, die zueinander in einem Winkel von etwa 9o angeordnet sind, und das Kompensations-Bimetall verläuft im wesentlichen parallel zu der Weichenzunge.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - eine Draufsicht eines Reglers in der 'Aus'-Stellung bei abgenommenem oberen Teil des Gehäuses,

Figur 2 - eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Figur 1, Figur 3 - eine Draufsicht einer Weichenzunge, die in dem Regler

enthalten ist, und
Figur 4 - ein Schaltdiagramm des Reglers.

Der Regler ist für den Einsatz bei der Regulierung der elektrischen Energieversorgung einer Last vorgesehen, die beispielsweise eine Kocherheizplatte sein kann.

Aus den Figuren 1 und 2 der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Regaus ler in einem Gehäuse untergebracht ist, das einem unteren Teil 1

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und einem oberen Teil 3 besteht, die mittels einer nicht dargestellten Federklammer zusammengehalten sind.

Im unteren Teil 1 des Gehäuses ist ein überzentrierter Schnappschalter für die thermische Betätigung durch ein Bimetall-Antriebswerk vorgesehen.

Der Schalter umfaßt einen ortsfesten Kontakt 5, der an einer Klemme 7 befestigt ist, die mit der Basis des unteren Teils 1 des Gehäuses verbunden ist und ferner einen beweglichen Kontakt 9, der auf einer Weichenzunge 11 angebracht ist.

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, besteht die Weichenzunge 11 aus einem rechteckigen Stück eines elastischen Metallstreifens, der einen zentralen, im wesentlichen ü-förmigen Teil aufweist, der durch Stanzen oder Drücken erhalten wird. Die Zunge besteht somit aus einem rechteckigen Rahmen, der zwei Seitenteile 13 aufweist, die an einem Ende durch ein Querteil 15 miteinander verbunden sind, das eine schmale, sich nach innen erstreckende Zunge 17 besitzt und die an dem anderen Ende durch ein Querteil 19 in Verbindung stehen, welches den Kontakt 9 und einen Steg 21 trägt, der sich gegen das andere Querteil 15 in einer Richtung parallel zu den Seitenteilen 13 erstreckt, wobei der Steg 21 eine Zunge 23 an seinem freien Ende besitzt.

Die Weichenzunge 11 ist gelenkig an einer Anschlagstelle 25 befestigt, die an der Basis des Teils 1 des Gehäuses angebracht ist. Die Innenkante des Querteils 15 greift in eine V-förmige Nut 27 ein, die an der Anschlagstelle ausgebildet ist, wobei die Zunge 17 in einer öffnung an der 'Anschlagstelle 25 angeordnet ist.

Das Bimetall-Antriebswerk umfaßt einen Schalt-Bimetallstreifen 29, der einen Erhitzer 31 trägt und des weiteren einen Kompensations-Bimetallstreifen 33 für die Umgebungstemperatur, der unter einem rechten Winkel zu dem Schalt-Bimetall 29 angeordnet ist, um mit diesem eine L-förmige Einheit zu bilden. Das Kompensations-Bimetall 33 ist an seinem dem Schalt-Bimetall 29 benachbarten Ende mit

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einer Öffnung versehen, dessen eine Kante in eine zweite V—förmige Nut 35 an der Anschlagstelle 25 eingreift, wodurch eine Drehbefestigung für die Bimetalleinheit erhalten wird. Die beiden V-förmigen Nuten 27 und 35 sind räumlich parallel zueinander an den gegenüberliegenden Seiten der Anschlagstelle 25 angeordnet, so daß
die Weichenzunge 11 und das Kompensations-Bimetall 33 im wesentlichen gleichfalls parallel zueinander verlaufen.

Das freie Ende des Stegs 21 der Weichenzunge 11 greift in eine V-förmige Nut 37 in einem hochgebogenen Flansch 39 ein, der an dem
freien Ende des Kompensations-Bimetalls 33 ausgebildet ist. Die
Zunge 23 ist in einer Öffnung im Flansch 39 angeordnet. Die Abmessungen der V-förmigen Nuten 27 und 35 zu dem freien Ende des
Stegs 21 und zu dem Kompensations-Bimetallflansch 39 sind derart
gewählt, daß der Steg 21 unter Druckspannung steht. Die resultierende Federkraft in der Weichenzunge 11 hält diese in ihrer V-förmigen Nut 27 und die Bimetalleinheit in ihrer V-förmigen Nut 35
fest.

Zusätzlich neigt diese Federkraft dazu, die Bimetalleinheit um
ihre Anlenkachse in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung in Figur 1 zu verdrehen, so daß das freie Ende des Schalt-Bimetails 29 an
einer Anschlagstelle anliegt, die durch eine Regel- bzw. Einstellschraube 41 gebildet wird.

Die Schraube 41 ist durch ein Gewindeloch in einer Metallplatte 43 hindurchgeführt, die an einem Ansatz der Anschlagstelle 25 drehbar befestigt ist. Die Drehachse der Platte 43 erstreckt sich ungefähr senkrecht zu der Ebene der Weichenzunge 11.

Die Platte 43 und somit die Schraube 41 sind mittels eines zylindrischen Nockens 45 einstellbar, der zentral in dem Gehäuse angeordnet ist und durch einen Regelknopf 47 um eine Achse parallel zu den Seitenwänden des Gehäuses drehbar ist. Die Platte ist mit einer Fahne 49 versehen, die unter der Federkraft der Weichenzunge 11 im Eingriff mit einer ersten Spur 51 auf dem Nocken steht. Eine zweite Spur 53 ist auf dem Nocken zur Bestimmung der 'Aus¹- und der

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'Ein'-Stellungen des Reglers vorgesehen und betätigt einen Schalter für eine Anzeigeleuchte, die aufleuchtet, wenn der Regler eingeschaltet ist. Der ortsfeste Kontakt des Anzeigeleuchtenschalters wird gebildet durch eine Fahne 55 an der Anschlußstelle 7. Der bewegliche Kontakt des Schalters besteht aus dem freien Ende eines flexiblen Metallstreifens 57, dessen anderes Ende an einer Arretierfeder 59 befestigt ist, deren eines Ende mit einer Anschlußstelle 61 in Verbindung steht, die mit der Basis des Teils 1 des Gehäuses verbunden ist und einen abgebogenen Teil 63 an dem anderen Ende aufweist, der mit der zweiten Spur 53 auf dem Nocken 45 in Eingriff ist.

Ein Ende des Erhitzers 31 ist mit dem Schalt-Bimetall verschweißt und das andere Ende ist mit einer Anschlußstelle 65 verbunden, die in der Basis des Teils 1 des Gehäuses eingefügt ist. Die Anschlußstelle 65 ist elektrisch an einer weiteren Anschlußstelle 67 angeschlossen, um die äußere Verbindung des Reglers herzustellen.

Der elektrische Schaltkreis des Reglers ist in Figur 4 gezeigt. Der Regler dient dazu, die elektrische Energieversorgung einer zwischen Anschlüssen 25 und 65 angeschlossenen Last 69 von einer nicht dargestellten Quelle zu regeln, die mit den Anschlüssen 7 und 67 verbunden ist und eine Anzeigeleuchte 71 betätigt, die zwischen den Anschlüssen 61 und 65 im Stromkreis liegt. Es ist ersichtlich, daß die Weichenzunge und das Kompensations-Bimetall dazu dienen, den elektrischen Strom zwischen dem Kontakt 9 und dem Anschluß 25 zu leiten, während die Bimetalle eine Verbindung zwischen dem Erhitzer und dem Anschluß 25 für die Leitung des elektrischen Stroms herstellen.

Die Wirkungsweise des Reglers wird nachfolgend beschrieben.

Befindet sich der Regler in der 'Aus'-Position, so greift der gebogene Teil 63 der Arretierfeder 59 in eine Kerbe 73 in der zweiten Nockenspur 53 ein und der höchste Punkt der ersten Nockenspur 51 ist im Eingriff mit der Fahne 49 auf der Platte 43. Die Bimetalleinheit nimmt dementsprechend eine Position oberhalb ihrer

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Drehachse derart ein, daß das freie Ende des Stegs 21 links von der Ebene der Seitenteile 13 der Weichenzunge 11 liegt und daß der Schalterkontakt 9 nicht in Berührung mit dem Kontakt 5 steht.

Wird der Regler durch Drehen des Nockens 45, in Figur 1 im Uhrzeigersinn, in Betrieb gesetzt/ so bewegt sich der gebogene Teil 63 der Arretierfeder 59 aus der Kerbe 73 heraus, wobei die Kontakte 55 und 57 schließen und die Anzeigeleuchte erregt wird. Zusätzlich folgt die Fahne 49 der ersten Nockenspur 51, die derart ausgebildet ist, daß sie eine Drehung der Bimetalleinheit im Gegenuhrzeigersinn um ihre Drehachse bei Drehung des Nockens 45 im Uhrzeigersinn bewirkt. Der Nocken 45 und damit die Bimetalleinheit werden um einen Betrag gedreht, der ausreicht für das freie Ende des Stegs 21 sich durch die Ebene der Seitenteile 13 der Weichenzunge 11 zu bewegen, wodurch die Kontakte 5 und 9 schliessen. Dementsprechend werden die Last 69 und der Erhitzer 31 von der Versorgung mit Strom beaufschlagt.

Durch das Erhitzen des Schalt-Bimetalls 29 durch den Erhitzer 31 verbiegt sich das Schalt-Bimetall in Richtung auf die Schraube 41, wodurch eine Drehung im Uhrzeigersinn der Bimetalleinheit bis zum öffnen der Kontakte 5 und 9 herbeigeführt wird. Das Schalt-Bimetall 29 kühlt anschließend ab während der Drehung der Bimetalleinheit im Gegenuhrzeigersinn, solange bis die Kontakte 5 und 9 wieder öffnen und somit der Zyklus von neuem beginnt.

Die Temperaturen, bei denen die Kontakte 5 und 9 öffnen und schließen infolge des Erhitzens und Abkühlens des Schalt-Bimetalls 29 werden mit Hilfe des Nockens 45 eingestellt. Die Temperaturen steigen mit einer Drehung des Nockens 45 im Uhrzeigersinn an. Bei einer höheren Temperatureinstellung heizt das Schalt-Bimetall 29 für eine längere Zeitspanne und kühlt in kürzerer Zeit wieder ab, so daß das Verhältnis der Schließzeit der Kontakte 5 und 9 zu der Öffnungszeit dieser Kontakte mit der Drehung des Nokkens 45 im Uhrzeigersinn ansteigt. Ebenso erhöht sich die mittlere elektrische Eingangslei'stung zu der Last 69 mit der Drehung des Nockens 45 im Uhrzeigersinn.

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In der Stellung 'Voll ein', des Reglers, die durch eine weitere Kerbe 75 in der zweiten Nockenspur 53 bestimmt wird, reicht die fortgesetzte Erregung des Erhitzers 31 nicht aus, um das Schalt-Bimetall 29 so weit abzulenken, daß die Kontakte 5 und 9 geöffnet werden, so daß die Last 69 kontinuierlich mit Energie versorgt wird.

Eine Kompensation für UmgebungstemperaturSchwankungen wird erreicht, indem der Stellungswechsel des Flansches 3 9 auf dem Kompensations-Bimetall 33 infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur des SchaIt-Bimetalls 29 gleich groß und in entgegengesetzter Richtung zu dem Stellenwechsel des Flansches 39 auf dem Kompensations-Bimetall 33 durch die gleiche Änderung der Umgebungstemperatur des Kompensations-Bimetalls 33 gewählt wird. Dadurch bleiben die relativen Positionen der Seitenteile 13 und des freien Endes des Stegs 21 der Weichenzunge 11 durch Änderungen der Umgebungstemperatur unberührt.

Eine Voreinstellung der Temperaturcharakteristik des Reglers wird mit Hilfe der Schraube 41 erzielt. Die Voreinstellung des Kontaktdrucks zwischen den Kontakten 5 und 9 wird durch Änderung der Abmessungen zwischen den V-förmigen Nuten 27 und 35, dem freien Ende des Stegs 21 der Weichenzunge und des Flansches 39 auf dem Kompensations-Birnetall 33 erhalten. Diese Abmessungen können sehr leicht durch geeignetes Verbiegen des Teils der Anschlußstelle 25 verändert werden,in dem die V-förmigen Nuten 27 und 35 um eine Achse senkrecht zur Basis des Teils 1 des Gehäuses ausgebildet sind.

Es ist offensichtlich, daß durch die A'nordnung der Bimetalleinheit zum direkten Betätigen des überzentrierten Schalters in einer Weise , bei der die Spannung in der Weichenzunge 11 die Bimetalleinheit in bezug auf die Oberfläche des Steuernockens positioniert, ein einfacher und robuster Aufbau erzielt wird, bei dem die relativen Abmessungen zwischen den einzelnen Komponenten nicht kritisch sind. Eine v/eitere Vereinfachung der Konstruktion wird dadurch erhalten, daß die Federkraft in der Schalterzunge ausgenutzt wird, um die Bimetalleinheit und die Schalterzunge bzw. Weichen-

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zunge in den V-förmigen Nuten zu halten, wodurch eine einfache Form der Drehbefestigung für diese beiden Bauteile geschaffen wird.

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Claims

Patentansprüche

Thermisch betätigbarer Schalter mit einem Bimetall-Antriebswerk und einer überzentrierten Weichenzunge, bestehend aus einem rechteckigen Rahmen aus elastischem Material, mit einem Steg, der sich von einem Querteil des Rahmens parallel zu den Seitenteilen des Rahmens erstreckt, und bei dem auf dem Querteil ein elektrischer Kontakt angeordnet ist, der mit einem zweiten ortsfesten Kontakt des Schalters zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichenzunge (11) und das Bimetall-Antriebswerk (29, 33) an entsprechenden ersten Punkten mit relativ festgelagerten Halterungen (27, 35) versehen sind, daß ein zweiter Punkt auf dem Bimetall-Antriebswerk (29, 33) in Kontakt mit einem zweiten Punkt (37) auf der Weichenzunge (11) steht, um diese gegen ihre Befestigung (Halterung) in dem gewünschten Spannungszustand für eine Überzentrierung zu halten, daß infolge der Federkraft der Weichenzunge auf das Antriebswerk ein weiterer Punkt des Antriebswerks vorgespannt in Berührung mit einem Auflager (41) sich befindet, dessen Position die Betriebstemperatur des Schalters festlegt, und daß sich der zweite Punkt auf dem Bimetall-Antriebswerk in bezug auf die Halterungen als Folge der Temperaturänderung bewegt, um den Schalter zu betätigen.
2. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festgelagerten Halterungen (27, 35) als Drehhalterungen ausgebildet sind.
3. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeic h η e t, daß jede der festgelagerten Halterungen (27, 35) eine V-förmige Nut aufweist, in die ein Teil der Weichenzunge (11) oder des Bimetall-Antriebswerks durch die Federkraft der Weichenzunge (11) eingerastet ist, um die Drehhalterung zu bilden.

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4. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Nuten in einem Bauteil (25) oder in Bauteilen vorgesehen sind, die mit dem Rahmen verbunden oder Teile des Rahmens oder eines Gehäuses (1) des Schalters sind.
5. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil des Antriebswerks eine Kante einer Öffnung in dem Bimetall-Antriebswerk ist.
6. Thermisch betätigbarer Schalter nach jedem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß im Berührungspunkt zwischen der Weichenzunge und dem Bimetall-Antriebswerk ein Teil (21) der Weichenzunge in die V-förmige Nut im Bimetall-Antriebswerk eingefügt ist.
7. Thermisch betätigbarer Schalter nach jedem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6,

d a d u rc hgekennzeichnet, daß der erste Punkt auf der Weichenzunge auf dem Querteil (15) angeordnet ist und daß der zweite Punkt auf der Weichenzunge sich am freien Ende des Steges (21) der Weichenzunge befindet.
8. Thermisch betätigbarer Schalter nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Weichenzunge die Innenkante des Querteils (15) bildet.
9. Thermisch' betätigbarer Schalter nach jedem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß Glieder (47, 51) zur Veränderung der Position des Auflagers und somit der Betriebstemperatur des Schalters vorgesehen sind.

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10. Thermisch betätigbarer Schalter nach jedem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall-Antriebswerk ein Schalt-Bimetall (29) umfaßt, das bei geschlossenen Schalterkontakten (5, 9) solange aufgeheizt wird, bis das Bimetall-Antriebswerk die Schalterkontakte (5, 9) wieder öffnet, und daß die Schalterkontakte beim Abkühlen des Schalt-Bimetails (29) wieder schließen, so daß ein zyklisches Öffnen und Schließen der Schalterkontakte (5, 9) auftritt.
11. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch lo, dadurch gekennzeich η e t, daß zum Heizen des Schalt-Bimetalls (29) ein elektrischer Heizer (31) in Reihe mit den Schalterkontakten (5, 9) zwischen einer ersten Ausgangsklemme (25) eines Paares von Ausgangsklemmen (25, 61) für eine elektrische Last während des Betriebs und einer ersten Eingangsklemme (7) eines Paares von Eingangsklemmen (7, 67) für eine elektrische Energiequelle während des Betriebs verbunden ist, deren Leistungsversorgung der Last durch den Schalter regelbar ist.
12. Thermisch betätigbarer Schalter nach Anspruch Io oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bimetall (33) zur Kompensation der Umgebungstemperatur-Schwankungen an dem Schalt-Bimetall (29) befestigt ist und daß der zweite Punkt auf der Weichenzunge (11) in Berührung mit einem Punkt auf dem Kompensations-Bimetall (33) steht.
13. Thermisch tetätigbarer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalt-Bimetall (29) und das Kompensations-Bimetall (33) aus Bimetallstreifen bestehen, die zueinander in einem Winkel von etwa 9o angeordnet sind, und daß das Kompensations-Bimetall (33) im wesentlichen parallel zu der Weichenzunge (11) verläuft.

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