CH661815A5 - Thermischer schalter. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zur einmaligen Verwendung bestimmten thermischen Schalter mit einem schmelzbaren Pellet, das bei einer bestimmten Temperatur schmilzt, wodurch sich ein elektrisches Kontaktglied bewegt und den elektrischen Stromkreis unterbricht.

Aus den US-Psen Nr. 3 180 958, 3 281 559, 3 519 972,

3 924 218, 4 060 787, 4 068 204, 4 145 654, 4 246 561 und

4 246 564 sind bereits für den einmaligen Gebrauch ausgebildete thermische Schalter bekannt mit schmelzbaren Pellets, die bei bestimmten Temperaturen schmelzen.

Mehrere Millionen Schalter von der in den Fig. 1 bis 6 der

US-PS Nr. 3 519 972 und in der US-PS Nr. 4 060 787 offenbarten Art werden jedes Jahr in kleinen Haushaltgeräten wie Kaffeemaschinen und Haartrockner verwendet, die durch Überhitzung beschädigt werden könnten. Diese weit verbreiteten Schalter und andere Schalter ähnlicher Art haben ein Kontaktglied, das in einem rohrförmigen Gehäuse axial bewegbar ist und einen federnden Rand besitzt, der mit konstanter radialer Kraft gegen die Innenwand des Gehäuses drückt. Das Kontaktglied steht normalerweise mit dem freien Ende eines isolierten Leiters in Kontakt und bildet dadurch einen Stromweg vom Gehäuse durch das Kontaktglied zum Leiter. Durch das Schmelzen des schmelzbaren Pellets wird das Kontaktglied vom Leiter weggedrückt und der Stromweg unterbrochen. Diese Anordnung hat sich als sehr zuverlässig erwiesen sofern die Einzelteile innerhalb der Toleranzen liegen und im Schalter richtig zusammengebaut sind. Da jedoch der vom Rand des Kontaktgliedes gegen das Gehäuse ausgeübte Druck nur zum Herstellen der elektrischen Verbindung im normalen Zustand des Schalters dient, wäre es höchst erwünscht, dass sich dieser Druck vermindert sobald die Temperatur erreicht ist, bei der der Stromweg unterbrochen werden soll. Dann könnte das Kontaktglied viel leichter im Gehäuse gleiten und sich damit auch viel leichter vom Anschlussglied wegbewegen um den Stromweg zu unterbrechen.

Dies wird durch den thermischen Schalter nach der Erfindung ermöglicht, der gekennzeichnet ist durch ein längliches elektrisch und thermisch leitendes Metallgehäuse, ein erstes elektrisch leitendes Anschlussglied, das mit dem einen Ende des Gehäuses verbunden ist, eine elektrisch isolierende Büchse am anderen Ende des Gehäuses mit einer zum Gehäuse koaxialen Bohrung, ein zweites elektrisch leitendes Anschlussglied, das sich durch die Bohrung in der Büchse in das Gehäuse erstreckt, ein schmelzbares Pellet, das sich im Gehäuse benachbart dem einen Ende des Gehäuse befindet, einen im Gehäuse angeordneten Einsatz mit einem ersten Endteil und einem zweiten Endteil, die zueinander parallel und zur Längsachse des Gehäuses senkrecht angeordnet sind, welcher Einsatz im Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar ist und eine zentrale Öffnung in seinem ersten Randteil hat, der dem anderen Ende des Gehäuses zugewandt ist, durch welche Öffnung sich das zweite Anschlussglied bei nicht geschmolzenem Pellet frei hindurch erstreckt, eine erste Druckfeder zwischen der Büchse und dem ersten Endteil des Einsatzes, welche den Einsatz gegen das schmelzbare Pellet drückt, ein im Einsatz angeordnetes, elektrisch leitendes Kontaktglied, dessen Enden an der Innenwand des Gehäuses anliegen, welches Kontaktglied längs einer, durch seinen zentralen Teil verlaufenden Biegelinie biegbar ist und auf jeder Seite dieser Biegelinie einen zur Längsachse des Gehäuses senkrechten Teil und einen zur Längsachse des Gehäuses parallelen Teil hat, und eine zweite Druckfeder zwischen dem zweiten Endteil des Einsatzes und dem Kontaktglied, welche das Kontaktglied gegen das Ende des zweiten Anschlussgliedes drückt, so dass das Kontaktglied längs seiner Biegelinie gebogen ist und seine Enden an die Innenwand des Gehäuses gedrückt sind, wodurch ein elektrischer Stromweg vom Gehäuse durch das Kontaktglied zum zweiten Anschlussglied besteht.

Wenn bei dem Schalter nach der Erfindung das Pellet schmilzt wird der Einsatz durch die Druckfeder axial bewegt bis der Einsatz auf das Kontaktglied stösst und dieses ebenfalls in axialer Richtung bewegt, wodurch sich das Kontaktglied vom zweiten Anschlussglied weg bewegt, wobei sich gleichzeitig der Druck der Enden des Kontaktgliedes gegen die Innenwand des Gehäuses vermindert, so dass das Kontaktglied leicht in Richtung zum ersten Anschlussglied gleiten kann um den Stromweg durch den Schalter zu unterbrechen.

Nachfolgend wird der Schalter nach der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Schalters nach der Erfindung im normalen Zustand unmittelbar nach der Herstellung,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 mit teilweise geschmolzenem oder sublimiertem Pellet,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 1 und 2 mit völlig geschmolzenem Pellet und unterbrochenem Stromweg, Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1, Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1 und Fig. 6 eine auseinandergezogene Darstellung des Schalters nach der Fig. 1 mit seinen Einzelheiten.

Der thermische Schalter nach Fig. 1 hat ein tubus- oder rohrförmiges Gehäuse aus elektrisch und thermisch leitendem Metall. Mit dem einen Ende des Gehäuses 10 ist ein erstes Anschlussglied 12 verbunden, welches das Ende des Gehäuses ver-schliesst und eine elektrische Verbindung mit dem Gehäuse herstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das eine Ende des Gehäuses senkrecht zu seiner Längsachse nach innen gebogen und das erste Anschlussglied 12 ist mit dem Gehäuse 10 vernietet oder durch Gesenkschmieden verbunden.

Das andere Ende des Gehäuses 10 ist durch eine elektrisch isolierende, vorzugsweise aus Keramik bestehende Büchse 14 verschlossen, die eine zum Gehäuse koaxiale Bohrung 15 hat. Die Büchse 14 ist im Gehäuse 10 zwischen einer Schulter 17 auf der Innenwand des Gehäuses 10 und dem Ende des Gehäuses gehalten, welches Ende beim Zusammenbau des Schalters über das Ende der Büchse 14 gebogen wird. Durch die Bohrung 15 der Büchse 14 erstreckt sich ein zweites elektrisch leitendes Anschlussglied 19 in das Gehäuse 10, welches Anschlussglied dadurch vom Gehäuse 10 elektrisch isoliert ist. Das aus dem Gehäuse ragende freie Ende des Anschlussgliedes 19 dient zum Anschluss an einen äusseren Stromkreis. Das zweite Anschlussglied 19 hat einen Ring 20 mit grösserem Aussendurchmesser, der auf dem inneren Ende der Büchse 14 aufliegt. Das zweite Anschlussglied 19 ist benachbart dem äusseren Ende der Büchse 14 mit zwei Vorsprüngen 21 versehen, die nach der Einführung des zweiten Anschlussgliedes 19 gebildet werden um eine axiale Bewegung dieses Anschlussgliedes in bezug zur Büchse zu verhindern. Die Vorsprünge 21 werden aus dem zweiten Anschlussglied geformt, wobei das zum Formen der Vorsprünge verwendete Material des Anschlussgliedes 19 zu Beginn des Formvorgangs eine Stärke von weniger als einem Drittel des Durchmessers des undeformierten Anschlussgliedes 19 hat. Dadurch wird eine zu starke Schwächung dieses Teils des Anschlussgliedes 19 vermieden. Der in der Büchse 14 befindliche Teil des zweiten Anschlussgliedes 19 ist mit radialen Kerben 22 versehen und auf der Aussenseite der Büchse und dem benachbarten Rand des Gehäuses ist ein Überzug 23 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus ausgehärtetem Kunstharz aufgebracht, der dieses Ende des Schalters abdichtet. Bei der Herstellung des Schalters sickert ein Teil des für den Überzug 23 verwendeten Materials in die Bohrung 15 der Büchse 14 und füllt die Kerben 22 im Anschlussglied 19 aus, so dass nach dem Erstarren oder Aushärten des Materials ein Drehen des Anschlussgliedes 19 in der Büchse 14 verhindert ist, wie in der US-PS Nr. 4 060 787 beschrieben. Das im Gehäuse 10 befindliche Ende 24 des Anschlussgliedes 19 ist konisch ausgebildet, für einen Zweck, der später beschrieben wird.

Ein normalerweise festes, bei einer bestimmten Temperatur jedoch schmelzendes Pellet 26, vorzugsweise in Form einer Tablette, ist im Gehäuse 10 benachbart dem ersten Anschlussglied 12 angeordnet. Die Schmelztemperatur des Pellets 26 ist so gewählt, dass sie der Temperatur entspricht, die beim Versagen des elektrischen Geräts auftritt, in dem der thermische Schalter verwendet werden soll.

Im Gehäuse 10 befindet sich ferner ein in axialer Richtung bewegbarer Einsatz 28, der vorzugsweise die Form eines Käfigs hat. Der Einsatz 28 hat eine obere Endplatte 29 und eine untere

Endplatte 30, die zueinander parallel sind und durch zwei einander gegenüberliegende, gebogene Seitenstreifen 31 miteinander verbunden sind. Der Einsatz 28 wird aus einem Metallstreifen hergestellt, wobei die obere Endplatte 29 die Mitte des Metallstreifens bildet und die beiden Enden des Metallstreifens je einen Halbkreis bilden, so dass sie wenn sie gegeneinander gebogen werden die untere Endplatte 30 des Einsatzes 28 bilden. Die obere Endplatte 29 des Einsatzes 28 hat eine zentrale Öffnung, durch welche sich das zweite Anschlussglied frei, d.h. mit Spiel, hindurch erstreckt. Eine erste Druckfedei 32, die vorzugsweise eine Schraubenfeder ist, befindet sich zwischen der Büchse 14 und der oberen Endplatte 29 des Einsatzes 28 und drückt diesen gegen das schmelzbare Pellet 26.

Im Einsatz 28 befindet sich ein elektrisch leitendes Kontaktglied 35 das die Form eines nicht ganz vollständigen Bechers haben kann. Das Kontaktglied 35 ist durch den Einsatz 28 mechanisch isoliert und erstreckt sich im wesentlichen quer durch den Einsatz 28 und ist zu diesem koaxial. Das Kontaktglied hat eine Brücke 36, die senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10 ist. Die Brücke 36 ist längs einer Biegelinie 37 biegbar, die durch die Mitte der Brücke 36 verläuft. Die Biegelinie 37 ist durch eine Rille mit V-förmigem Querschnitt auf der Unterseite der Brücke gebildet, die die Dicke des Brückenmaterials örtlich verringert. Das Kontaktglied hat einen gebogenen Seitenwandteil 38 an jedem Ende der Brücke 36, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses 10 gegen die zweite Endplatte 30 des Einsatzes 35 erstreckt. Die freien Enden der Sei-tenwandteile 38 des Kontaktgliedes 35 haben radial vorstehende abgerundete Ränder 39 für den Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses 10. Eine zweite Druckfeder 41, die ebenfalls vorzugsweise eine Schraubenfeder ist, befindet sich zwischen der zweiten Endplatte 30 des Einsatzes 28 und der Brücke 36 des Kontaktgliedes 35 und drückt den Mittelteil der Brücke 36 gegen das Ende 24 des zweiten Anschlussgliedes 19.

Das Kontaktglied 35 kann auch eine andere als die dargestellte Form haben. Beispielsweise kann es ein gerades Stück mit gebogenen Enden für den Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses sein, welches Stück längs einer zentralen Biegelinie gebogen ist, so dass es im Längsschnitt durch den Schalter V-förmig erscheint. Der Teil dieses Kontaktgliedes auf jeder Seite der Biegelinie hat dann jeweils einen zur Längsachse des Gehäuses 10 senkrechten und parallelen Teil, auch wenn dies nicht unterschiedliche Teile sind wie die Brücke 36 und die Seiten-wandteile 38 im dargestellten Ausführungsbeispiel.

Im normalen Gebrauch sind die Enden der Anschlussglieder 12 und 19 in den elektrischen Stromkreis eines Geräts geschaltet, das gegen Überhitzung geschützt werden soll. Der Schalter sieht dann aus wie in Fig. 1 dargestellt, d.h. das leitende Kontaktglied 35 ist gegen das Ende 24 des zweiten AnscHussgliedes 19 gedrückt. Durch die konische Form des Endes 24 des Anschlussgliedes 19 wird die vom Anschlussglied 19 auf die Brücke ausgeübte Kraft auf die Biegelinie der Brücke konzentriert, welche Kraft durch die auf die andere Seite, der Brücke wirkende Kraft der Druckfeder 41 erzeugt wird. Die konzentrierte Kraft bewirkt ein Biegen der Brücke längs der Biegelinie

37 nach abwärts, wodurch sich die gebogenen Seitenwandteile

38 des Kontaktgliedes nach auswärts neigen bis deren abgerundete Ränder 39 gegen die Innenwand des Gehäuses 10 drücken. Die von den Rändern 39 des Kontaktgliedes 35 auf das Gehäuse ausgeübte Kontaktkraft kann durch entsprechende Wahl der Feder 41 eingestellt werden. Diese Kontaktkraft muss genügend gross sein um eine zuverlässige elektrische Verbindung über das Kontaktglied zu erzeugen, so dass der elektrische Strom normalerweise zwischen den Anschlussgliedern 12 und 19 durch das Gehäuse 10 und das Kontaktglied 35 fliessen kann.

Ein Problem bei den verfügbaren, normalerweise festen, bei bestimmten Temperaturen schmelzenden Materialien ist, dass

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sie auch unter normalen Bedingungen mit der Zeit sublimieren und schrumpfen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei dem Schalter nach der Erfindung das Kontaktglied 35 auch dann noch gegen das zweite Anschlussglied 19 gedrückt und damit der Stromkreis geschlossen gehalten wenn das Pellet 26 geschrumpft ist. Obgleich sich die obere Feder 33 ausgedehnt hat und den Einsatz 28, folgend dem Schrumpfen des Pellets, nach unten gedrückt hat, hat dies auf die Lage des Kontaktgliedes 35 keinen Einfluss, da das Schrumpfen des Pellets durch Ausdehnen der unteren Feder 41 ausgeglichen wird. Wenn die vorbestimmte Schmelztemperatur des Pellets 26 erreicht wird, schmilzt dieses sehr rasch, so dass dann die obere Feder 33 den Einsatz 28 weiter nach unten drückt. Die untere Feder 41 dehnt sich weiter aus bis das Kontaktglied 35 in Kontakt mit der oberen Endplatte 29 des Einsatzes 28 kommt. Wenn dieser Zustand erreicht ist übt die untere Feder keine Kraft mehr über das Kontaktglied 35 auf das zweite Anschlussglied aus. Damit ver-5 schwindet jedoch die auf die Biegelinie 37 des Kontaktgliedes 35 wirkende Kraft und damit auch die Kraft, welche die Rändei 39 der Seitenwandteile 38 gegen die Innenwand des Gehäuses IC drückt. Die weitere Bewegung des Einsatzes 28 nach unten durch die Feder 33 bewirkt auch eine weitere Abwärtsbewegung io des Kontaktgliedes 35, wodurch die elektrische Verbindung zum zweiten Anschlussglied rasch unterbrochen wird! Da der Kontaktdruck nicht mehr auf das Kontaktglied wirkt, gleitet dieses nun leicht mit dem Einsatz 28 nach unten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Thermischer Schalter gekennzeichnet durch:

ein längliches, elektrisch und thermisch leitendes Metallgehäuse (10),

ein erstes elektrisch leitendes Anschlussglied (12), das mit dem einen Ende des Gehäuses verbunden ist,

eine elektrisch isolierende Büchse (14) am anderen Ende des Gehäuses mit einer zum Gehäuse koaxialen Bohrung (15),

ein zweites elektrisches Anschlussglied (19), das sich durch die Bohrung (15) in der Büchse in das Gehäuse erstreckt,

ein schmelzbares Pellet (26), das sich im Gehäuse benachbart dem einen Ende des Gehäuses befindet,

einen im Gehäuse angeordneten Ensatz (28) mit einem ersten Endteil (29) und einem zweiten Endteil (30), die zueinander parallel und zur Längsachse des Gehäuses senkrecht angeordnet sind, welcher Einsatz im Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar ist und eine zentrale Öffnung (32) in seinem ersten Endteil hat, der dem anderen Ende des Gehäuses zugewandt ist, durch welche Öffnung sich das zweite Anschlussglied bei nicht geschmolzenem Pellet frei hindurch erstreckt,

eine erste Druckfeder (33) zwischen der Büchse und dem ersten Endteil des Einsatzes, welche den Einsatz gegen das schmelzbare Pellet drückt,

ein im Einsatz angeordnetes elektrisches Kontaktglied (35), dessen Enden an der Innenwand des Gehäuses anliegen, welches Kontaktglied längs einer, durch seinen zentralen Teil verlaufenden Biegelinie (37) biegbar ist und auf jeder Seite dieser Biegelinie einen zur Längsachse des Gehäuses senkrechten Teil (36) und einen zur Längsachse des Gehäuses parallelen Teil (38) hat, und eine zweite Druckfeder (41) zwischen dem zweiten Endteil des Einsatzes und dem Kontaktglied, welche das Kontaktglied gegen das Ende des zweiten Anschlussgliedes drückt, so dass das Kontaktglied längs seiner Biegelinie gebogen ist und seine Enden an die Innenwand des Gehäuses gedrückt sind, wodurch ein elektrischer Stromweg vom Gehäuse durch das Kontaktglied zum zweiten Anschlussglied besteht.

2. Thermischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Druckfeder Schraubenfedern sid, der Einsatz aus Keramik besteht und die Form eines Käfigs hat, in dem das Kontaktglied bewegbar ist, dass das Kontaktglied eine zur Längsachse des Gehäuses senkrechte Brücke (36) hat, die längs der durch die Mitte der Brücke verlaufende Biegelinie biegbar ist und die an jedem Ende einen gebogenen Seitenwandteil (38) hat, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses gegen den zweiten Endteil des Einsatzes erstreckt und dass die zweite Druckfeder (41) den zentralen Teil der Brücke gegen das Ende des zweiten Anschlussgliedes drückt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Thermischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der gebogenen Seitenwandteile (38) der Brücke radial abstehende, abgerundete Randteile (39) für den Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses haben.