CN102549698A - 热敏开关 - Google Patents

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Abstract

一种热敏开关，其包括第一和第二导电端子以及例如压缩弹簧构件的可预压的导电连接装置。该连接装置在压缩状态下最多与第一端子和第二端子中的一个接触，并且在释放状态下电气连接第一端子和第二端子。热敏开关还包括固位装置，该固位装置使连接装置固位在压缩状态。固位装置包括固位材料，该固位材料在预定的温度或高于预定的温度熔化，用于将连接装置释放到释放状态。在连接装置的压缩状态下，第一端子和第二端子通过在连接装置和第一端子与第二端子中的至少一个之间形成的空腔彼此电气绝缘。

Description

热敏开关
本公开内容涉及热敏开关。
热敏开关可用于保护连接到电源的电气设备免受由于有缺陷的电接触，例如开关触点或接线端子，的过热所导致的电气火灾的侵害。具体地，热敏开关可接近电插头、插座、开关或螺丝端子等设置以检测由有缺陷的接触所导致的温度的过分增加。当检测到温度的过分增加时，热敏开关导致中断电源。
热敏开关可以是包括第一导电端子和第二导电端子的装置，第一导电端子和第二导电端子被配置成使得所述装置在第一状态下是非导电的，并且在第二状态下响应于检测到的预定的温度而导电。预定的温度一方面远高于在正常操作期间出现的温度，另一方面远低于可导致电气火灾的温度。热敏开关的第一端子和第二端子可以连接到地和中性导体或者连接到地和带电导体，以便当装置处于导电状态时产生故障，该故障使剩余电流检测器发生错误以中断电源。
WO 2006/125996A1公开了当热积聚发生时能够进行检测的热敏开关。在一实施方式中，端子被电气绝缘隔离物隔开，电气绝缘隔离物由在预定的温度下熔化的材料组成，使得当隔离物熔化时，第一端子和第二端子在偏置力的作用下彼此接触，从而激活热敏开关。这样的可熔材料由于其可精确定义的和已知的熔点在原则上非常适用于热敏开关。然而，包括这样的电气绝缘隔离物的热敏开关需要较大的偏置力，用于确保当隔离物熔化时第一端子和第二端子彼此可靠地接触。这么大的偏置力可以在绝缘隔离物达到其熔化温度之前改变该绝缘隔离物的状态，因此随着时间推移减小了绝缘隔离物的可靠性。
本公开内容的一个目的是提供一种新颖和改进的热敏开关，这种热敏开关具有明确定义的活化温度(activation temperature)。
因此，本公开内容提供一种热敏开关，该热敏开关包括第一和第二导电端子以及例如压缩弹簧构件的可预压的导电连接装置。该连接装置在压缩状态最多与第一端子和第二端子中的一个接触，并且在释放状态电连接第一端子和第二端子。该热敏开关还包括固位装置(retainer device)，固位装置使连接装置保持在压缩状态下。固位装置包括固位材料，固位材料在预定的温度或高于预定的温度熔化，用于将连接装置释放到释放状态。具体地，连接装置被不可逆地释放到释放状态。在连接装置的压缩状态下，第一端子和第二端子通过在连接装置和第一端子与第二端子中的至少一个之间的空腔彼此电气绝缘。
本公开内容的热敏开关包括可预压的连接装置，该连接装置通过固位材料在低于预定温度的温度下被固位在压缩状态下。在较高的温度下，固位材料熔化并将连接装置释放到释放状态。在释放状态下，连接装置被可靠地电气连接到第一端子和第二端子。
对比现有技术的热敏开关，在热敏开关的非导电状态下，第一端子和第二端子之间的电气绝缘通过空腔而不是通过可熔材料来提供。在这方面，空腔，例如空气间隙，代替可熔材料。具体地，在热敏开关的非导电状态下，不存在会在预定的温度或高于预定的温度熔化并充当位于连接装置和第一端子与第二端子之间的隔离物的电气绝缘材料。因而，连接装置需要较低的偏置力。此外，不存在剩余的固位材料保留在第一端子和第二端子之间以阻止第二状态下的热敏开关的导电性的风险。
一方面，固位装置包括优选地与端子分开形成的第一邻接构件(abutment member)和第二邻接构件，其中，在连接装置的压缩状态下，连接装置被预压在第一邻接构件和第二邻接构件之间。在压缩状态下，第一邻接构件和第二邻接构件用固位材料被固定地彼此附接。因而，固位装置(忽略固位材料)可以是至少两件式的装置。
另一方面，第一邻接构件和第二邻接构件分别包括套筒构件和销构件。导电轴环与套筒构件整体地形成并且导电头与销构件整体地形成，用于连接装置的邻接。可选地，轴环和头可分别固定地附接到套筒构件和销构件。优选地，至少在连接装置的压缩状态下，销构件被至少部分地容纳在套筒构件中。套筒构件因此可充当销构件的导引装置。优选地，在连接装置的压缩状态下，在套筒构件和销构件之间形成了环状间隙。该环状间隙至少部分地被固位材料填充。这样的布置由于固位材料可(以液相)简单地浇注到套筒构件中这一事实而容易制造。
又一方面，第一邻接构件和第二邻接构件分别包括第一附接部分和第二附接部分，用于第一邻接构件和第二邻接构件彼此附接。至少在连接装置的压缩状态下，第一附接部分和第二附接部分被容纳在连接装置中。优选地，第一附接部分和第二附接部分分别对应以上所提到的套筒构件和销构件。
另一方面，第一邻接构件和第二邻接构件在固位材料熔化时被连接装置分开。
又一方面，在连接装置的释放状态下，连接装置通过第一邻接构件和第二邻接构件电气接触第一端子和第二端子。因而，不需要为了确保在第二状态下第一端子和第二端子之间的电气连接让连接装置直接接触第一端子和第二端子。优选地，分别通过以上所提到的轴环和头建立非直接接触。
固位材料可以包括导电材料。因而，即使万一在热敏开关的导电状态下，固位材料一方面进入连接装置和固位装置之间，并且另一方面进入第一端子和第二端子之间，这将不会构成问题，因为第一端子和第二端子之间的电通路不会被堵塞。
热敏开关可包括与连接装置串联连接的电阻器，具体为PTC热敏电阻器和/或可熔电阻器。当热敏开关连接到地和带电导体时可以使用额外的电阻器以避免带电导体与地的短路。优选地，电阻器被配置成使得当拉开以上所提到的第一邻接构件和第二邻接构件时通过连接装置移动电阻器。
其他方面，在连接装置的压缩状态下，连接装置被固位装置约束。
优选地，连接装置和固位装置形成热敏开关的多部分组件，具体地为三部分组件，其中，在连接装置的压缩状态下，组件被固定地附接到第一端子和第二端子中的一个。到第一端子或第二端子的附接可通过固位材料提供。可选地，组件可以在第一端子和第二端子之间移动，具体地可沿着热敏开关的轴自由移动。
另一方面，热敏开关包括外壳，所述外壳包围在第一端子和第二端子之间形成的内部空间。固位装置和连接装置被容纳在内部空间中。优选地，第一端子和第二端子分别包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖分别封闭外壳的开放的第一前端面和与第一前端面相对的开放的第二前端面。
本公开内容还涉及电气设备，所述电气设备至少包括接地端子和中性端子或者接地端子和带电端子，并且还包括如以上所说明的热敏开关，其中所述热敏开关的第一端子连接到接地端子，所述热敏开关的第二端子连接到中性端子或带电端子。
根据在此提供的描述，进一步的适用性领域将变得明显。应该理解的是，描述和具体的示例意在只为了说明的目的而不意在限制本公开内容的范围。
在此描述的附图只为了说明目的而不意在以任何方式限制本公开内容的范围。
图1是根据本公开内容的热敏开关的截面图，其中热敏开关的连接装置处于压缩状态。
图2是图1的热敏开关的截面图，其中连接装置处于释放状态。
下面的描述在本质上仅是示例性的且不意在限制本公开内容、应用或用途。应该理解的是，相应的参考数字在附图中始终指示相似的或相应的部件和特征。
现在参考图1，其示出了伸长的、通常开放的热敏开关。热敏开关包括电气绝缘壳体，电气绝缘壳体包括管状外壳12，该管状外壳12包围在壳体的第一金属端盖14和第二金属端盖16之间形成的内部空间，所述壳体的第一金属端盖14和第二金属端盖16被提供用于封闭外壳12的开放的第一前端面和第二前端面。例如，管状外壳12可以由陶瓷或塑料制成。第一金属端盖14和第二金属端盖16充当第一端子和第二端子，通过所述第一端子和第二端子热敏开关可以连接到地和中性导体或者连接到地和带电导体(未示出)。热敏开关可以设置在接近于连接到电源的电气设备的电气触点，以检测可能由有缺陷的接触所导致的温度的过分增加。
组件18被容纳在壳体12、14、16内。组件18包括被设计成螺旋弹簧20的连接元件以及固位装置24、26、36。螺旋弹簧20可以由不锈钢或类似物制成。固位装置24、26、36包括导电的第一邻接构件24和第二邻接构件26。第一邻接构件24包括套筒(或金属箍)28以及圆周轴环30，该圆周轴环30在套筒28面向第一金属端盖14的一端处与套筒28整体地形成，并从套筒28放射状地向外延伸。第二邻接构件26包括销32和头34，头34在销32面向第二金属端盖16的一端处与销32整体地形成。销32至少部分地容纳在套筒28内。销32和套筒28依次容纳在螺旋弹簧20内。
图1示出了螺旋弹簧20的压缩状态，其对应热敏开关的非激活、非导电状态。在螺旋弹簧20的压缩状态下，螺旋弹簧20被预压在轴环30和头34之间。充当以上所提到的邻接构件24、26的第一附接部分和第二附接部分的套筒28和销32用固态的、导电的固位材料36固定地彼此附接，用于制造热敏开关的固位材料36被浇注到在套筒28和销32之间形成的环状间隙中。理所当然地，固位材料36被加热到高于其熔点的温度以使得该固位材料能够进行浇注。因而，螺旋弹簧20通过固位装置24、26、36被约束在预压状态。螺旋弹簧20和固位装置24、26、36在热敏开关的非激活状态下被不可分离地彼此耦合。
固位材料36可以是金属化合物或金属合金，优选为无铅(Pb)的金属化合物或金属合金，其具有范围为50℃到200℃的共晶熔化温度，例如，铟铋合金具有例如72℃的熔化温度。
另外，组件18通过固位材料36被固定地附接到第一金属端盖14，以防止组件18在以上提到的管状外壳12的内部空间内移动。然而，组件18不接触第二金属端盖16。相反，组件18通过在组件18和第二金属端盖16之间形成的空腔38与第二金属端盖16电气绝缘。可选地，组件18可以在管状外壳12内移动或者固定地附接到管状外壳12，使得空腔38形成在组件18的两侧。优选地，空腔38用空气填充。优选地，空腔38具有2kV或更大的击穿电压，特别是3kV或更大的击穿电压。
固位材料36在预定的温度或高于预定的温度熔化。当固位材料36熔化时，固位材料36的固位属性消失，这允许螺旋弹簧20推开组件18并不可逆地去压缩成为在图2中示出的释放状态，该释放状态对应热敏开关的激活的、导电状态。在螺旋弹簧20的释放状态下，邻接构件24、26彼此分离并通过螺旋弹簧20推开彼此，使得套筒28的轴环30和销32的头34紧贴第一金属端盖14和第二金属端盖16。而空腔38则消失。
包括以前的空腔38、被外壳12包围、并在第一金属端盖14和第二金属端盖16之间形成的内部空间现在被延伸的组件18完全占据。在图2中，在中断电源之后再次凝固到电气设备的固位材料36的第一部分和第二部分分别粘接到第一邻接构件24和第二邻接构件26。然而，在热敏开关的激活状态下，固位材料36的任何其他的布置或扩展是可能的。
优选地，在螺旋弹簧20的释放状态下，螺旋弹簧20仍被预压以确保在第一金属端盖14和轴环30、轴环30和螺旋弹簧20、螺旋弹簧20和头34、以及头34和第二金属端盖16中的每一对之间的低接触电阻。
因而，在螺旋弹簧20的释放状态下，螺旋弹簧20通过轴环30和头34电气连接到第一金属端盖14和第二金属端盖16。结果，第一金属端盖14和第二金属端盖16被彼此电气连接，即热敏开关20处于导电状态下，可以利用该状态使剩余电流检测器发生错误以中断电源。
另外，组件18可以包括与螺旋弹簧20串联连接的电阻器22。电阻器22可以是热敏电阻器，特别是陶瓷PTC(正温度系数)的热敏电阻器，其可以限制某一时间范围中的电流。电阻器22还可以是能够中断某一幅度的电流水平的正常的线性电阻器或可熔电阻器。优选地，如果热敏开关连接在地和带电导体之间，使用电阻器22以将故障电流限制在预定值。如果热敏开关连接在地和中性导体之间则可以省略电阻器22。
原则上，设计与以上所描述的使用螺旋弹簧的热敏开关类似的热敏开关也将是可行的，然而其中，省略如以上所描述的固位装置并且空腔用电气绝缘隔离物填充，所述电气绝缘隔离物由在预定的温度熔化的材料组成。然而，这样的设计是没有优势的。这是由于以下事实：如果尽管隔离物已熔化但剩余的电气绝缘隔离物保持在螺旋弹簧与第一端子和第二端子中的至少一个之间，那么这样的开关易受故障影响。这还由于以下事实：这样的电气绝缘隔离物在达到其预定的熔化温度之前可以改变或减少其厚度，从而降低了元件的长期可靠性。
根据前面的描述，本领域中的技术人员现在可以意识到，本公开内容的广泛教导可以用多种形式实现。因此，虽然已经结合其具体的示例描述了本公开内容，但本公开内容的真正范围不应该被如此限制，因为根据对附图、说明书和以下的权利要求的研究，对熟练的实践者来说很明显有其他的修改。

Claims (14)

1.一种热敏开关，其包括第一导电端子(14)和第二导电端子(16)以及例如压缩弹簧构件的可预压的导电连接装置(20)；所述连接装置(20)在压缩状态下最多接触所述第一端子(14)和所述第二端子(16)中的一个，并且在释放状态下电气连接所述第一端子(14)和所述第二端子(16)；并且所述热敏开关还包括固位装置(24、26、36)，所述固位装置(24、26、36)使所述连接装置(20)固位在所述压缩状态；所述固位装置(24、26、36)包括固位材料(36)，所述固位材料(36)在预定的温度或高于预定的温度熔化，用于优选地不可逆地将所述连接装置(20)释放到所述释放状态；其中在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述第一端子(14)和所述第二端子(16)通过在所述连接装置(20)和所述第一端子(14)与所述第二端子(16)中的至少一个之间形成的空腔(38)彼此电气绝缘。
2.根据权利要求1所述的热敏开关，其中所述固位装置(24、26、36)包括优选地与所述端子(14、16)分开形成的第一邻接构件(24)和第二邻接构件(26)；并且其中，在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述连接装置(20)被预压在所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)之间；在所述压缩状态下，所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)用所述固位材料(36)被固定地彼此附接。
3.根据权利要求2所述的热敏开关，其中所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)分别包括：套筒构件(28)和销构件(32)；导电轴环(30)，其与所述套筒构件(28)整体地形成；以及，导电头(34)，其与所述销构件(32)整体地形成，用于所述连接装置(20)的所述邻接。
4.根据权利要求3所述的热敏开关，其中，至少在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述销构件(32)被至少部分地容纳在所述套筒构件(28)中。
5.根据权利要求4所述的热敏开关，其中在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，在所述套筒构件(28)和所述销构件(32)之间形成环状间隙；所述环状间隙至少部分地被所述固位材料(36)填充。
6.根据权利要求2到5中的任一项所述的热敏开关，其中所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)分别包括第一附接部分(28)和第二附接部分(32)，用于所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)彼此的所述附接；并且其中，至少在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述第一附接部分(28)和所述第二附接部分(32)被容纳在所述连接装置(20)中。
7.根据权利要求2到6中的任一项所述的热敏开关，其中一旦所述固位材料(36)熔化，所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)被所述连接装置(20)分开。
8.根据权利要求2到7中的任一项所述的热敏开关，其中，在所述连接装置(20)的所述释放状态下，所述连接装置(20)通过所述第一邻接构件(24)和所述第二邻接构件(26)电气接触所述第一端子(14)和所述第二端子(16)。
9.根据任一项前述权利要求所述的热敏开关，其中所述固位材料(36)包括导电材料。
10.根据任一项前述权利要求所述的热敏开关，其中所述热敏开关包括电阻器(22)，特别是PTC热敏电阻器和/或可熔电阻器，所述电阻器与所述连接装置(20)串联连接。
11.根据任一项前述权利要求所述的热敏开关，其中，在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述连接装置(20)被所述固位装置(24、26、36)约束。
12.根据任一项前述权利要求所述的热敏开关，其中所述连接装置(20)和所述固位装置(24、26、36)形成所述热敏开关的多部分组件(18)；并且其中，在所述连接装置(20)的所述压缩状态下，所述组件(18)被固定地附接到所述第一端子(14)和所述第二端子(16)中的一个，或者可在所述第一端子(14)和所述第二端子(16)之间移动。
13.根据任一项前述权利要求所述的热敏开关，其中所述热敏开关包括电气绝缘外壳(12)，所述电气绝缘外壳(12)包围在所述第一端子(14)和所述第二端子(16)之间形成的内部空间；所述固位装置(24、26、36)和所述连接装置(20)被容纳在所述内部空间中。
14.根据权利要求13所述的热敏开关，其中所述第一端子(14)和所述第二端子(16)分别包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖分别封闭所述外壳(12)的开放的第一前端面和与所述第一前端面相对的开放的第二前端面。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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