CN111527577A - 电气电源插头 - Google Patents

Abstract

描述了一种电气电源插头，包括由电绝缘材料形成的主体(1)，其中两个触销(3)彼此平行地设置，所述触销从每一个主体(1)的第一侧伸出，且在主体(1)内部所述触销与或能够与电导体(4)连接，电导体从所述主体(1)的第二侧伸出或可以伸出，并且热双金属元件作为温度传感器，所述热双金属元件是热双金属开关(7)的组成部分，热双金属开关与所述两个触销(3)中的至少一个相关联。还描述了适合于此的电连接电缆和与其连接的电气设备。

Description

电气电源插头

本发明涉及一种具有由电绝缘材料形成的主体的电源插头，在主体中设置两个互相平行的触销，每个触销从主体的第一侧和主体的内部伸出，触销连接到或能够连接到电导体，导体从或者能够从主体的第二侧引出，并且在电导体中设置传感器。在DE 10 2015206 840A1已知这种电源插头。众所周知的的电源插头属于一种通过交流电源对电动或混合动力汽车的蓄电池充电的设备。充电电缆将电源插头连接到充电设备上。为了过热保护，电源插头包含由两个触销组成的传感器，例如铁制的触销，以及四条由除铁以外的其他金属制成的电线，例如铜镍合金制的电线。这些铜镍导线中的每一根都被焊接到每个触销的两个点上，这些铜镍导线沿触销的纵向方向彼此间隔。在间隔开的连接点处，由于塞贝克效应而形成电势差，该电势差取决于两个连接点之间的温差。这样，就可以确定每个触销的温度梯度并测量温度梯度的大小。然而，制作这样的电源插头是复杂的。电源插头对铜镍导线施加全部电源电压，并且不能执行对电源插头中绝对温度的测量，而是仅能销对温度梯度是否存在提供指示。这不能实现可靠的温度监控，因为即使温度梯度不明显，也会存在温度过高的情况。

本发明的目的是提供一种电源插头，该电源插头能够监控工作中的电源插头中触销的温度，并且比DE 10 2015 206 840 A1中公开的电源插头更易于组装。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1中技术特征的电源插头实现。从属权利要求的目的是提供本发明进一步的优选实施例。权利要求22的目的是提供一种电缆，本发明提供的电源插头被连接至该电缆。权利要求23至25的目的是提供一种电气设备，该电气设备监控设置在电源插头中的至少一个热双金属开关(thermal bimetallic switch)，并且如果(电气设备的)温度超过设定的阈值，则该电气设备限制或可以限制电气设备的功耗。该电气设备可以通过至少一个热双金属开关达到或超过该热双金属开关的切换温度，该热金属开关的开关位置从“断开”变为“闭合”或从“闭合”变为“断开”的事实，来检测超出温度阈值。

本发明具有相当大的优点：

-安装热双金属开关可以对电源插头中的温度进行可靠的监控，当将热双金属开关连接至触销时，规定该温度是触销温度的量度。

-热双金属开关体积很小，既具有开放式设计也具有封闭式设计，即开关设备被壳体包围，因此可以很容易地被安装在商用电源插头中。例如在DE 10 2008 031 389 B3和DE10 2004 036 117 B4中公开了具有闭合设计的适合的热双金属开关。

-由于热双金属开关的尺寸可能很小，每一触销都可以有与之关联的热双金属开关。这会增加监测的安全性。

-在任何情况下，如果热双金属开关具有不导电的壳体，则可以将该热双金属开关与触销直接接触。

-通过触销的电流不施加到该热双金属开关。

-热双金属开关具有特定的切换温度，该温度由热双金属材料选择和开关的机械结构决定，并且可以适应各自的应用。

--通过将热双金属开关的开关位置从“打开”更改为“闭合”或从“闭合”更改为“打开”，可以简单地确定是否超过或低于指定的温度阈值。

-热双金属开关的切换位置可以被确定，例如，通过对热双金属开关的连接件施加电压，该电压仅会在热双金属开关闭合时产生电流，该电流很容易测量。例如，电气测试电压可以通过电源插头连接到电源插头的电气设备。

-通过将热双金属元件成形为卡盘(snap disc)，可以确保当达到切换温度时，热双金属元件的曲率突然变化，从而将切换温度设置在狭窄的范围内。

-热双金属开关可以具有由铜或铜合金制成的接触弹簧，该接触弹簧由固定在接触弹簧上的热双金属制动盘驱动。然而，也可能由热双金属元件制造接触弹簧本身，从而不需要单独的热双金属元件来致动接触弹簧。因此，热双金属开关的简化实施例是可行的，特别是因为电源电流不通过热双金属开关的接触弹簧。

热双金属开关价格便宜并具有长使用寿命。

-热双金属开关可以被预制，并插入在该电源插头中为热双金属开关设计的安装座。这样的安装座可以在电源插头的生产过程中形成，例如，在形成电源插头的壳体或内部结构时，通过注塑成型而无需额外的制造工作。

-使用本发明提供的电源插头，不仅可以检测到该电源插头本身的过热，还可以检测到该电源插头所在的插座的过热。与电源插头相比，插座更容易受到过热的影响，特别是由于插座中的插座触点的腐蚀，从而增加了触点传递电阻，以及由于插座中的插座触点机械变形。因此，本发明提供的电源插头也特别适用于防止插座过热，从而防止随之发生的损害，例如火灾。

如果在电源插头中仅设置一个热双金属开关，则可以将电源插头以对两个触销的温度响应相同方式布置。为此，热双金属开关可以被平行第布置于电源插头中两个触销的中间。可选地，热双金属开关也可以横向于两个触销布置。在热双金属开关具有电绝缘的壳体或电绝缘的载体的情况下，热双金属开关也可以由此与两个触销接触，这促进了从触销到热双金属开关的热传递。然而，也可以将单独的热双金属开关布置成与一个触销相比更靠近另一个触销。这将导致对最近的触销的过高的温度更快响应。

优选地，在电源插头中设置两个热双金属开关，每个热双金属开关与两个触销中的一个相邻。这允许从触销到热双金属开关的最佳热传递，因为两个热双金属开关均可以被布置为紧邻触销，优选地一个热双金属开关直接紧邻一个触销并且另一个热双金属开关紧邻另一个触销。此外，可以仅在两个触销中的一个上以可靠地检测过高的温度，并且提高了监控可靠性，因为在一个热双金属开关失效的情况下也可以进行监控。

如果设置两个热双金属开关，优选的是，两个热双金属开关都布置在电源插头的两个触销之间，优选地与相应的触销直接接触。然而，也可以将两个双金属接触开关横向于触销布置，优选地与触销直接接触。

可以为电源插头中的每个热双金属开关形成单独的安装座。这是可行的，尤其是在电源插头具有由两个互补部件组成的壳体的情况下，这两个互补部件由合成材料通过注塑成型制成，这些部件具有用于将触销保持在适当位置的结构。该结构可以已经通过注塑工艺形成有用于热双金属开关的支座，而不需要额外的加工过程，热双金属开关仅仅需要插入到该结构中的预定位置中。

然而，本发明也适用于电源插头，其内部组件由主体的合成材料包覆模制，尤其是由此形成一体式的主体。

电源插头是已知的，在其主体中设置有电绝缘盖，触销的那些触点位于该电绝缘盖下方，这些触点连接到或可连接到从本体的第二侧引出的电导体。该盖保护这些触点免受例如合成材料的侵害，该合成材料用于通过包覆成型电源插头的内部部件来形成电源插头的主体。热双金属开关有利地至少部分地布置在盖下方。如果注塑材料进入热双金属开关被该盖阻止，那么在这种电源插头中也可以使用开路热双金属开关，这意味着没有壳体的开关能够像封装开关一样对高温作出更快的反应。

在盖的下方可以为每个热双金属开关设置单独的安装座。优选地，该盖子本身形成包括该安装座。由于这种盖适宜地由合成材料通过注塑成型制成，因此盖可以在不付出额外工作的情况下通过注塑模具适当的造型来形成，该注塑模具具有用于热双金属开关的适当的安装座，热双金属开关仅需要插入到该安装座中，特别是被推入或插入。

优选地，用于热双金属开关的安装座从盖的顶侧伸出到盖下方的空间中；这是触销的尾端所处的空间，触销的尾端被该盖覆盖。

为了将热双金属开关插入到它们各自的安装座中，有利的是，从盖的顶侧突出到盖下方的空间中的安装座在顶部处即在盖的顶侧是敞开的。然后，可选地在将盖应用于由电绝缘材料制成的载体上之前或之后将热双金属开关插入它们各自的安装座中，该载体优选地用于触销。下面描述这种载体及其用于合理制造电源插头的优点。

优选地，安装座在其面向最近触销的一侧上是敞开的，以便于从触销到热双金属开关的热传递。如果使用具有壳体的热双金属开关，那么优选地由陶瓷构成，例如氧化铝陶瓷，因为陶瓷比合成材料地导热更好。如果确保壳体不与最近的触销接触，则壳体也可以由金属制成，这样的优势在于具有良好导热。

如果在电源插头中设置两个热双金属开关，则它们优选地使用机械和电气连接到公共电路板。然后，公共电路板和两个热双金属开关形成模块，这有利于制造本发明提供的电源插头，因为该模块可以预制，例如由热双金属开关的制造商，使得热双金属开关仅需要插入由电源插头的制造商为热双金属开关提供的安装座中。在小电路板上可以设置用于信号线的连接点，热双金属开关可以通过这些连接点连接到外部的监控设备。然而，热双金属开关的连接线可以插入穿过电路板中的孔，通过焊接固定，并且随后焊接到该信号线。

如果设置两个热双金属开关，则总共可以为它们设置两根、三根或四根信号线。如果两个热双金属开关串联连接并且在低于它们的切换温度时闭合，则两根信号线就足够了。通过四根信号线，两个热双金属开关可以彼此独立地操作，并且两个触销可以彼此独立地被监控；但是如果来自每个热双金属开关的一个连接被连接到公共信号线，则这也可以仅使用三根信号线。

信号线可以与电导体结合在一起，导体将总线电流引入护套电缆。这种电缆与热双金属开关一样是现有技术，其可以用在本发明提供的电源插头中。

特别是，对于主体是由合成材料注塑而成的整体的电源插头，已知为触销提供电绝缘材料的单独载体。这样的载体也被制造商称为“桥”。载体可以通过注射成型来制造。还已知将盖连接到这种载体，特别是为了连接载体，该盖的下方与触销连接。在对插头主体进行注塑成型时，载体和与其相连的盖会覆盖下面的插头零件。该载体、连接到该载体上的接触销、连接到该载体上的电缆和该盖子可以预制成模块，并且通过将该模块用合成材料过压成型或插入该预制插头内来形成该插头主体。该模块还可以包含热双金属开关和连接电路板，信号线的两端连接在电路板上。用于热双金属开关的安装座可以在该模块中的载体上或盖上形成，其连接在载体上。通过这样的模块化，可以使用一个或两个热双金属开关高效地制造本发明的电源插头。不需要将信号线的两端连接到与热双金属开关接触的电路板上，信号线的两端也可以直接连接到热双金属开关的电气连接件上。这样做的优点是不需要电路板。为了使这成为可能，如果热双金属开关具有如图3和图4所示的从盖向上伸出的连接线是有利的。

本发明的电源插头连接的电气连接电缆，电气连接电缆可以通过引导电源电流的导体连接，信号导体可以直接从热双金属开关或通过设备插头连接到电气设备，电气设备通过电源(mains)供电。这种设备优选地具有电气监控设备，该电监控设备监控热双金属开关的开关位置是打开还是关闭。为此，可以在电气设备的信号线上施加一个测试电压，该测试电压在热双金属开关闭合时使电流通过热双金属开关，而在热双金属开关断开时中断电流。这样，电气设备的监控装置可以检测热双金属的开关位置，如果检测到开关位置意味着超过数的换热双金属温度开关,减少或暂时中断设备的功耗,从而预防或阻止过热。优选地，在这种情况下，电源电流没有被完全中断，而是将设备的功耗减小到热双金属开关低于其切换温度的值。为此，电气设备优选地包括执行适当的能耗调节的控制器。

本发明的示例性实施例在公开的附图中表示。

图1为本发明的电源插头的第一示例性实施例的分解图，

图1a为图1中载体外侧的斜(diagonal)视图，

图2为图1中电源插头的内部构造的斜视图，

图3为本发明的电源插头的第二示例性实施例的分解图，

图4为图3中电源插头内部结构的斜视图，

图5为用于说明监测电源插头内的温度的基本程序，并确保电源插头和电源插头所插插孔内没有过热现象的框图，以及

图6示出了本发明的电源插头的第三示例性实施例的分解图。

在示例性实施例中相同的或相应的部分用相同的编号表示。

图1所示的电源插头是“双销接地式插头”(“Schuko插头”)类型，具有主体1，可使用合成材料通过注塑成型制造，用于容纳电源插头的其他部件。这些元件包括一个由电绝缘合成材料制成的载体2，其中两个触销3被彼此平行地插在载体2。每个触销3的尾端均连接着一个引导电源电流的电导体4。此外，两个保护触点(protective contact)5被连接在载体2上，这在双销接地式插头中很常见，两个保护触点均被连接到保护导体24上。载体2在载体2朝向该主体1内侧的一侧形成包括两个安装座6，两个安装座6被平行地布置在触销3之间。它们分别用于容纳一个热双金属开关7，该开关设备被布置在壳体中，该壳体可以是由金属板制成的深拉部件或由陶瓷或合成材料制成的模制部件。两根连接线8均伸出该热双金属开关7的壳体。热双金属开关7被推入安装座6中，其中连接线8从安装座6向上伸出(基于图1所示)。安装座6被布置成与最近的触销3具有尽可能小的距离，以实现从该触销3到相邻的热双金属开关的最佳热传递。此外，有鉴于此，可以在面对相应的安装座6的相应的相邻触销3中设置开口9。

两个热双金属开关7的总共四根连接线8连接到四根电信号线10，为了清楚起见，仅示出了两根信号线10，它们与承载电源的电导体4和保护导体24一起被编译(compiled)以形成公共电缆11。

为了便于热双金属开关7的安装和连接，它们的连接线8被插在小电路板12的孔中并且在小电路板上焊接有导体路径。在图1中未示出电路板12中的孔和电路板上的导体路径。两个热双金属开关7和电路板12形成易于操作的模块，该模块可以被预制，并将热双金属开关7作为模块推入到安装座6中。之后，可以将信号线10焊接到从电路板12伸出的连接线8上，或者焊接到电路板12上形成的导体路径上，信号线通到连接线8上。导体4可以连接到触销3，保护导体24可以连接到保护触点5。

在将电缆11连接到触销3，保护触点5以及热双金属开关7之后，可以得到半成品组件，如图2所示。图2中示出了图1中未示出的孔的位置，热双金属开关7的连接线8穿过该孔的位置。半成品组件在装配盖16后完成，盖16固定在载体2上并通过卡扣固定在载体2上；参见图1。由载体2和与其连接的电源插头的其他组件组成的组件，包括热双金属开关7，电路板12，盖16以及由连接的电缆11的端部组成的组件可以在上方用合成材料模制成主体1。在制成的电源插头中，主体1封装了整体。触销3和保护触点从主体1伸出，从主体1的第一前侧13伸出。在主体1的第二后侧13上形成有索环14，从该索环引出电缆11。

图1a示出了载体2的改进实施例，该载体2具有连接到其上的触销3和保护触点5。在这种情况下，后面的元件通过导电桥23在电源插头指向外部的一侧上彼此连接。

图3和图4所示的示例性实施例与图1和图2所示的示例性实施例的不同之处在于，用于热双金属开关7的安装座6不是形成在载体2上，而是形成在盖16上。因此，热双金属开关7首先连接到盖16上，然后共同连接到载体2上，或者在将盖16卡扣到载体2上之后，将其推入安装座6在这种情况下，电路板12位于盖16上并朝上关闭。热金属开关7中的连接件6从盖16的顶侧伸入载体2和盖16之间的空间中，如在第一示例性实施例中一样，它们在两个触销3之间尽可能向靠近各自的触销3延伸。

热双金属开关7的连接线8从盖16向上伸出，并且如在第一示例性实施例中一样，连接到电路板12，该电路板也位于盖16的上方并且优选地位于盖16的上方。

由具有触销3和保护触点5的载体2以及卡扣在载体2上的盖16构成的组件可以被预制，其中热双金属开关7插入该载体，并通过电路板12连接，该组件连接到电缆11，再与合成材料包覆成型以形成主体1。电缆11朝向远离电源插头的端部，既可以直接连接到电气设备也可以配备设备插头。

在图1、2、3和4的示例性实施例中，为了清楚起见，仅示出了用于两个热双金属开关7的四个信号线10中的两个。

图6所示的示例性实施例与图3和4所示的实施例的不同之处在于省去了电路板12。与四条信号线不同的是，只提供两条信号线10，其中一条信号线连接到热双金属开关7。两个热双金属开关通过一条金属棒25串联电连接。由此可以得出结论，通过两个信号线10可以获取热双金属开关中的一个热双金属开关、热双金属开关中的另一个热双金属开关或两个热金属开关7的开关温度超标的情况，例如，当热双金属开关7的切换温度低于其切换温度时，信号线通过低静态电流，而当超过切换温度时，一个热双金属开关或两个热双金属开关7断开且静态电流中断。

插入主体1或用合成材料包覆成型以形成主体1的组件可以非常合理地制作。用于热双金属开关7的安装座6可以在制模期间，特别在绝缘盖16的注射制模期间形成，而无需额外的操作。热双金属开关7可以在盖16连接到载体2之前或之后插入安装座6中，热双金属开关可以在插入到安装座6之前或之后通过导电棒25电连接，以便盖16和连接的热双金属开关7可以被预制并作为模块使用。最终，可以在将盖16安装于载体2之前或之后，将粘贴在盖16中的热双金属开关7连接至信号线10。

因此，可以使用不同的组装方式灵活地组装本发明的电源插头的结构。

图5中的框图示出了监控电源插头中温度的方法。图5示意性地示出了电源插头17，其被插入到电源插座18中。电缆11从电源插头延伸到电气设备19，该电气设备是要被供电的电器。在示出的示例中，它位于消耗器20的上方。设备19包括监控设备21，该监控设备向两个热双金属开关7施加测试电压。假设热双金属开关7被设计为在其切换温度以下断开并且在切换温度以上闭合，只要热双金属开关7处于断开状态，监控设备就不会检测到信号线上的电流，因为它们的温度低于其开关温度。然而，如果温度升高到切换温度以上，则至少一个热双金属开关闭合，监视设备通过现在流经信号线的电流来检测该双金属开关。随后，监控设备21随后触发例如电流门(current gate)22，电流门22减小或中断流向消耗器的电流，直到电源插头17中的一个或多个热双金属开关7的温度再次低于其切换温度。优选地，消耗器20的电源没有完全断开而是减小直到热双金属开关7的温度再次低于其(其)开关温度。因此，电流门22和监控设备21彼此连接以形成控制电路。

附图标记

1 主体

2 载体

3 触销

4 导体

5 保护触点

6 安装座

7 热双金属开关

8 连接线

9 6中的开口

10 信号线

11 电缆

12 电路板

13 1的第一侧

14 索环

15 1的第二侧

16 盖

17 电源插头

18 电源插座

19 电气设备

20 消耗器

21 监控设备

22 电流门

23 桥

24 保护导体

25 棒

Claims (25)

1.一种电气电源插头，包括由电绝缘材料形成的主体(1)，

其中两个触销(3)彼此平行地设置，所述触销的每一个在主体(1)的第一侧伸出主体(1)，且所述触销在所述主体(1)的内部与电导体(4)连接或能够在所述主体(1)的内部与电导体(4)连接，所述电导体(4)从所述主体(1)的第二侧伸出或能够从所述主体(1)的第二侧伸出，

并且其中提供传感器，其特征在于，所述传感器为温度传感器，即热双金属元件，所述热双金属元件是热双金属开关(7)的组成部分，所述热双金属开关(7)与两个触销(3)中的至少一个相关联。

2.根据权利要求1所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)设置为与所述两个触销(3)中的至少一个相邻，优选平行于所述两个触销。

3.根据权利要求1或2所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)设置在所述两个触销(3)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，两个热双金属开关(7)设置于所述主体(1)中，每个所述热双金属开关与所述两个触销(3)之一相邻。

5.根据权利要求4所述的电源插头，其特征在于，一个热双金属开关(7)相比于所述两个触销(3)中的第二触销更靠近所述两个触销(3)中的第一触销，并且另一热双金属开关(7)相比于所述第一触销更靠近所述第二触销(3)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，两个热双金属开关(7)都设置于触销(3)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，一个或两个所述热双金属开关(7)相对于所述两个触销(3)横向设置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，在所述主体(1)中，为每个热双金属开关(7)形成安装座(6)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，在所述电源插头的主体(1)中设置有电绝缘盖(16)，所述触销(3)的触点位于所述电绝缘盖(16)的下方，所述触销在所述电绝缘盖(16)连接至或能够连接至从所述主体(1)的第二侧伸出的电导体(4)。

10.根据权利要求9所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)至少部分地设置于所述盖(16)下方。

11.根据权利要求8和10所述的电源插头，其特征在于，每个热双金属开关(7)的安装座设置在所述盖(16)下方。

12.根据权利要求9或10所述的电源插头，其特征在于，所述盖(16)设置成包括用于每个热双金属开关(7)的安装座(6)。

13.根据权利要求8至12任一项所述的电源插头，其特征在于，一个或多个安装座(6)在朝向最近的触销(3)的一侧开口。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的电源插头，其特征在于，用于所述热双金属开关(7)的安装座(6)从盖(16)的顶部伸至所述盖(16)下方靠近所述两个触销(3)的空间中。

15.根据权利要求14所述的电源插头，其特征在于，所述安装座(6)顶部开口，使得所述热双金属开关(7)能够从上方推进至所述盖(16)下方的空间中。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)具有向上延伸出所述盖(16)的连接线(8)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)具有与最近的触销(3)不接触的金属壳体。

18.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，所述热双金属开关(7)具有陶瓷材料制成的壳体。

19.根据前述权利要求中任一项所述的电源插头，其特征在于，包括两个热双金属开关(7)，所述两个热金属开关与公共电路板(12)机械和电气地连接，所述公共电路板具有用于信号线(10)的连接点，所述信号线与所述触销(3)引出的电导体(4)一起引出或能够引出所述主体(1)。

20.根据任一项前述权利要求结合权利要求9所述的电源插头，其特征在于，所述触销(3)连接至设置在所述主体(1)中的电绝缘材料的单独载体(2)，所述盖(16)也能够连接至所述载体(2)，特别是能够通过卡扣连接。

21.根据权利要求20所述的电源插头，其特征在于，所述载体(2)形成包括用于所述热双金属开关(7)的所述一个或多个安装座(6)。

22.一种电气连接电缆(11)，根据前述权利要求中任一项所述的电源插头连接至所述电气连接电缆，其中，除了来自所述触销(3)的电导体(4)和按需求设置的保护导体(24)之外，还延伸有信号线(10)，所述信号线连接至所述热双金属开关(7)。

23.一种电气设备，所述电气设备能够通过根据权利要求22所述的连接电缆(11)连接到电源，其特征在于，所述电气设备具有电气监控设备(21)，所述电气监控设备监控一个或多个热开关(7)是断开或者闭合。

24.根据权利要求23所述的电气设备，其特征在于，所述监控设备(21)设计成在检测到热双金属开关(7)因超过切换温度而切换的位置后，所述监控设备暂时降低或中断所述设备(19、20)的功率消耗。

25.根据权利要求24所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备包括控制器，所述控制器设计成在监控设备(21)检测到超过热双金属开关(7)的切换温度后，所述控制器被触发,所述控制器降低功率消耗，直至所述热双金属开关(7)都没有处于其切换位置，切换位置假定是在超过切换温度时。

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