CN1124629C - 具有温度控制构件的开关装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有一个容纳温度控制开关构件(11)的机壳(12)的开关装置，具有一个第一外部接点和一个第二外部接点；机壳有一个第一机壳部(15)，在其内底部(15a)上有一个与第一外部接点(23)相接的第一电极(24)，机壳还有一个封闭第一机壳部(15)的第二机壳部(14)，它含有一个与第二外部接点(22)相连的第二电极(20)；从而，温度控制开关构件(11)在第一和第二电极(24、20)之间产生电气连通，在机壳(12)中在两电极(24、20)之间布置一个并联电阻(33)；其中，第一机壳部(15)由绝缘材料制成，在其中永久性地持有第一电极(24)；并在第一机壳部(15)上设一个通孔(34)，它由第一电极(24)贯穿到第二电极(20)并容纳一个PTL组件(35)充任并联电阻(33)将两个电极(24、20)相连。

Description

具有温度控制构件的开关装置
技术领域
本发明涉及一种具有内装温度控制构件的机壳的开关装置，机壳有一个第一机壳部件，在其内底上设有一个与第一外部接点相联的第一电极，机壳还有个封闭第一机壳部件的第二机壳部件，它含有一个与第二外部接点相联的第二电极，从而开关构件依从于其温度在第一和第二电极之间形成电导通。
发明背景
这样的开关装置可见于DE19609310AL。
已知开关中，第一机壳部件由绝缘材料制成，通过应力注塑包封或铸型工艺嵌入第一电极成为整体组件，第一机壳部件被底部由导电金属构成的第二机壳部件封闭起来，导电金属底部的内表面起第二电极的作用。
两个电极都是在一定程度上可以说是圆盘形的板金制片，在它们的上面制成一个起开关装置的外部连接作用的和它们为一体的接点。第二机壳部件的底部在此处平放在第一机壳部件的一个凸台上并在它的上面通过热压装入一个热压环将其固定。
在如此构成的机壳中于两个电极之间设有一个普通的双金属片开关构件，其弹簧片以边缘部分支撑在底部上，而它将所支撑的可活动接点在切换温度以下压在一个向它隆起的另一个电极上的固定接点上。如一般情况一样，在活动接点上套有一个双金属锁定片，它在切换温度之下没有作用力，而当温度高过切换点时，抵抗弹簧片的力使活动接点脱离固定接点，从而使两个外部连接之间的电气联接断路。
就所述已知开关装置而言，它非常结实而且外形尺很小，因此不仅能普遍使用，而且特别适用于安装空间很小的地方，例如用在变压器或者电动马达的绕组中。通过底部，该开关装置与被监控的装置之间有很好的热耦联，从而被监控装置的温度上升直接地传入开关装置的内部并在那里相应地导致双金属锁定片的温度升高。这种开关装置串接在受保护的装置和供电电源之间，从而受保护装置的驱动电流流经开关装置，而温度升高过允许值后导致电流被切断。
常常还必须要求在监测受保护装置的温度的同时对工作电流进行监测，防止它超过一定的上限，从而在装置的温度还没有升高前就能切断电路。特别是电动马达，往往由于外部作用的影响下了停止或者慢转，这首先导致驱动电流升高，转而又会使电机温度升高。如果这时电流升高就能导致切断电机的电流，就能够完全避免温度超过充许值，这当然是有优越性的。
具有温度控制构件的开关装置的这种保护作用称作“电流控制开关”，这是通过在开关构件上串联一个串联电阻办到的，也被保护的装置的工作电流流过该电阻。通过选定串联电阻的阻值以及其与开关装置的热耦联，流过开关从而流过串联电阻的一定量的电流导致产生一定量热量，继而确定地加热开关装置并以此加热双金属锁定片。通过电阻值就可以预设驱动电流的上限值。工作电流逾越上限值后，电在串联电阻上产生的热把双金属锁定片加热到其切换温度之上，这样在被保护的装置发热到限定值之前，开关装置就已经断路了。
这样的开关已知的有DE43 36 564 A1。该开关装置首先含有一个封闭的双金属开关构件，它装在一个由两部分组成的机壳中，如由DE21 21 802 A1技术所知的情况一样。
该封闭式的开关装置安装在一个陶瓷支架上，在陶瓷支架上设有一个厚膜电阻器，电阻器经过线路与封闭的开关构件的导电底部连接。电阻器的另一端与一个焊点连接，焊点上焊着一个第一胶合软线接头。第二胶合软线接头焊在封闭的开关构件的导电顶部上。
尽管已知的开关装置可以满意地实现电控制开关的同时能够监测温度，还是具有一系列缺点。
缺点之一是陶瓷支架机械承载性差，在运输中成为出现裂纹的易碎物品，这样裂纹在入厂验收时只有用显微镜才能发现。在陶瓷支架上焊上胶合软线时往往会使焊接线路脱落。由于存在这些问题，必然提高检验费用，从而提高了产品的价格构成。另一个缺点是该结构的压力稳定性低下，因而不适于卷入到变压器或者电动马达的绕组中。
另一方面，该已知开关装置有其它的应用，因为以一定的阻值安装在陶瓷支架上的电阻是一种很好控制的技术，这里采用了诸如厚膜电阻之类的电阻器。
在温度控制开关装置上希望得到的另一个功能是所谓的自锁，这里，并联电阻在开关构件断开时流过一个剩余电流产生足够的热，以保持开关构件断路。而在开关装置接通电路时并联电阻被开关旁路而没有任何功能。因为不论是装置温度升高还是由于工作电流升高而导致串联电阻温度升高，都会使双金属锁定片动作，如果当开关断路时就会使并联电阻上流过剩余电流，从而产生足够的热以保持开关构件断路。这样就避免了开关装置往复动作，在受保护的装置冷却以后，开关装置不会重新闭合而可能造成受保护装置再次升温到限定值。
并联电阻和串联电阻的阻值的选取原则是，串联电阻的阻值要很小以尽可能对电路电流影响小些，而并联电阻有很大的阻值，以明显地限制剩余电流强度，也就是要保护装置不流过过高的工作电流。
这样的自锁功能同样也可以由DE43 36564AL已知的开关装置实现。在这种开关装置的陶瓷支架上设有一个正温度系数(PTC)组件，它的一端与第二胶合软线接头焊在一起，另一端与连接在封闭的开关构件底部的开关引线焊在一起。
这样，PTC组件与分成两部分的、封闭的机壳电气并联，从而安置在温度控制开关构件上，当开关闭合接通时被开关构件旁路，开关断路时它加热开关构件。
已知开关装置虽然也能满意地实现自锁功能，但是已知开关装置在非专业人员安装时也会出现工艺技术上的问题。众所周知，在焊接PTC组件时会影响其温度曲线，焊接不当也会对PTC元件造成机械损伤。
因而，不仅生产已知开关装置的人工成本很高，而且利用辅助工时也会产生相应的废品。
发明内容
因此，本发明旨在改进本文开篇明义所述的开关装置，使其结构简化并至少具备一个改进的功能。
为此，本发明提供一种具有一个容纳温度控制开关构件的机壳的开关装置，具有一个第一外部接点和一个第二外部接点；机壳有一个第一机壳部，在其内底部上有一个与第一外部接点相接的第一电极，机壳还有一个封闭第一机壳部的第二机壳部，它含有一个与第二外部接点相连的第二电极；从而，温度控制开关构件在第一和第二电极之间产生电气连通，在机壳中在两电极之间布置一个并联电阻；其特征为，第一机壳部由绝缘材料制成，在其中永久性地持有第一电极；并在第一机壳部上设一个通孔，它由第一电极贯穿到第二电极并容纳一个PTL组件充任并联电阻将两个电极相连。
本申请的发明人认识到，并不需要将并联电阻一定安装在开关装置的机壳外部一个专用的支架上，而是从几何上、电气技术上考虑可以安置在两个电极之间。这样，从外部就不再能接近并联电阻，也就是保护它不受机械方面的影响。另一个好处是，按目前技术状况用于并联电阻上，不需要特殊的焊接措施就避免了PTC组件温度曲线的漂移。
本申请的发明人还认识到，如果在并联电阻和温度控制开关构件间没有分成两部分的机壳，可以采用体积很小的PTC元件，PTC元件还可以组合到标准开关的机壳中。对于PTC组件只是应当注意，它至少要有2mm的高度，从而保持两个电极之间电压击穿耐性所必须的距离。
改进的一个方面是，最好第一机壳部件由绝缘材料制成，第一电极永久性地保持在其中，最好在第一机壳中设一个从第一电极穿通到第二电极的通孔容纳PTC组件，该组件作为并联电阻与两个电极联连。
优点是，PTC组件的绝缘可以说是自动完成的，这里，在生产新型开关装置时只须把一个PTC陶瓷放进预设的通孔中就可以了，它的一端在组装第一电极时就封死了。然后放入第二电极，这样另一端的开口也被封死，同时可以与PTC组件接触。总之新型开关装置的安装简化了，对于标准开关装置的现行制造工艺来说，只须要增加一个工序作为进一步改进的措施，也就是把PTC元件放入穿洞中。作为另一个改进就是生产绝缘材料的机壳时对工具加以改造，使之自动完成制造通孔。
这里在两个极的一个上最好设置一人弹簧舌片把PTC组件压在另一个电极上。
这个措施的优点是，PTC组件与两个电极有牢靠的接触，这里通过弹簧舌片的弹力防止了对PTC元件造成过强的机械负荷。
通过新型开关现可以避免现有技术已知的焊接PTC组件造成的缺点，从电气技术和几何形状上考虑将PTC组件安置在两个电极之间，它既不受电气的影响，也不受机械的影响。
另外，最好在生产机壳部件时通过浇涛或者应力注塑包封把第一电极永久性地保持在第一机壳部件中，使它成为该机壳部件的整体组成部分，这里，最好第二机壳部件是一个导电的底部，其内底起第二电极的作用。
这些措施在本文开篇所述的开关装置就已经实现了，它们使耐压、体积很小而易于生产的机壳得以实现，在由绝缘材料制成的、嵌埋有第一电极的机壳部件中，现在只须装入PTC元件然后安装底部机壳部件即可，通过这种结构设计，PTC组件可自动两端接电。以此方式，可以生产有自锁功能的开关，也可以生产无自锁功能的开关，在后一种情况下只要不安装PTC组件就可以了。从而得到的优点是，可以在同样的自动生产装置上，通过简单地取消或者加上一个组件生产具有完全不同功能和用途的不同产品。这是乞今不可能的，因为以前组装自锁电阻时必须要有特别的适配装置以及结构。
另一个改进是，开关装置最好包含一个陶瓷支架，它朝向开关构件并安装在两上电极之一上承载一个串联电阻，其一端连接这个电极，另一端连接开关构件的一个固定接点，这里，最好在第一电极上具有一个朝向开关构件的平面，在其上固定陶瓷支座并与串联电阻电气连接。
这一措施有结构上的优势，可以采用很容易掌握的陶瓷技术形成串联电阻和它的几何构形，在陶瓷支座上可以安设一个很好调节的串联电阻。由于现在不必要在陶瓷支架上焊接多股软线，而且它还能另外受到机壳的机械防护，因此可以采用非常薄的支座，从而已知开关装置的外形体积不必改变或者只需不明显的改变。
取代在先技术的凸起的固定接点，现在第一电极可以采用一个平面，陶瓷支座安装在这个平面上。因为这个平面的支承，陶瓷支座不怎么受开关构件的机械负荷，所以包括安装在它上边的串联电阻以及安排在它上边的固定接点在内其厚度都不必大于现有技术开关装置中的固定接点。这就意味着，开关装置可以保持原来的大小，只要让第一电极改变形状，它其上设一个平面取代固定接点，在上边固定这个陶瓷支座即可。从而，陶瓷支座可以和串联电阻完全接触并且贴在这个平面上，使之完全接触同时与该电极电气连通。
另一方面最好在陶瓷支座上优先采用激光至少钻通一个通孔，通过通孔把它焊牢在电极上并完成串联电阻与电极的电连接。
这个措施具有结构上的优势，因为只须要一个工序就可以完成机械的和电气的连接。激光钻孔以陶瓷支架不会炸裂的安全方法进行，从而避免了现有陶瓷支座相关的技术中总是出现的高废品率。另外，这种陶瓷支座可以装盒而不是作为散料发运，以避免进一步损伤陶瓷支座。
另外，最好使开关构件包含一个导电的弹簧片，它支撑着一个活动的接点并与一个双金属锁定片相拮抗，该双金属片几乎中心地靠在活动的接点上，而弹簧片边缘支撑在一个电极上，如果开关构件在其动作温度之下活动接点就压在另一个电极上。
这个措施也同样是已知的，它实现了一个自行工作的双金属开关构件，其中，当双金属锁定片低于切换温度时没有力，从而不会由于机械负荷而改变切换温度。与陶瓷支架相关联，这里的又一个优点是串联电阻的接触简单。如前文所述，串联电阻一端与第一电极相连接而另一端连接固定接点，在固定接点上边，弹簧片压着活动接点，这样串联电阻串联地接在第一电极和弹簧片之间，弹簧片转而与第二电极相连接，从而在开关装置的两个外部连接之间只设有一个串联电阻和双金属片开关构件的串联电路。
因此，按本发明，一方面如此构成的开关装置设有一个装在绝缘材料的通孔中，其两端与两电极接触的并联电阻，另一方面可以再通过陶瓷片设一个串联电阻，完成电流控制开关。从而使如此构成的开关装置以惊人的简单方式得到改进，以致不必对其工艺过程作大规模改动就可以设计出具有自锁功能，并且还可以具有电流控制作用的开关装置。
不言而谕，前文所述的特点以及下文的说明不仅仅限于每个给定的组合中，而且可以用于其它的组合，以至于单独采用，却不偏离本
发明的范围。
附图简介
其它特点和优点可见对附图的说明。
本发明的一个实施例示于附图，并在下文作简要说明：
图1是新型开关装置沿图2中I-I线所作的剖面示意图；而
图2为图1所示开关装置的俯视图。
具体实施方式
图1所示为一个新型开关装置10的侧视示意图，该开关装置含有一个装在机壳12中的温度控制开关构件11。
机壳12有一个导电的底部14以及一个绝缘材料制成的罩状顶部15，顶部15含有一个环形空腔16，其中装有温度控制开关构件11。
开关构件11有一个活动接点17，它由弹簧片18支承着并在其上边安放有一个双金属锁定片19。
导电的底部14以其内侧构成电极20，弹簧片18用边缘21支撑在电极20上。圆片状底部14整体地过渡成一个第一外部接点22，它与弹簧片18并从而与活动接点17连接通电。
开关装置10的第二外部接点23与注塑包封的进去的电极24连接成为一体，电极24安装在顶部15的内底面15a上。顶部15包封着同样为圆片形的电极24，使之永久性地嵌埋在顶部15中。这里如此布局，使电极24有一个朝向开关构件11的平面25，上面装有陶瓷片26，陶瓷片26支承着与活动接点17相对的固定接点27。
陶瓷片26上有一激光打通的通孔28，通过它靠焊点29固定在电极24上。还要说的是在焊点29和固定接点27之间设有一个串联电阻。
通过此安排，在两个外部接点22、23之间接有一个开关构件和串联电阻构成的串联电路。在图1所示情况下、双金属锁定片19处于其切换温度之下，从而弹簧片18把活动接点17压在固定接点27上，这样，流过开关构件10的受保护电器的工作电流就流过并加热串接电阻。取决于串接电阻的阻值以及流过的电流强度，如果在串接电阻上产生的欧姆热能把图1中不带有力的双金属锁定片19加热到一定程度，它就对抗弹簧18的弹力使活动接点17脱离固定接点27，使电流中断。
还须阐明的是，电极24以其平面25朝向环形空腔30内，在电极24应力注塑包封进顶部15后，陶瓷片26安放在空腔30中，然后通过焊点29完成与电极24的机械连接和电连接。然后在环形空腔16中安放开关构件11，接着安放底部14并通过顶部15的边缘31固定在顶部15上。
在开关构件11旁，罩状的顶部15中设有一个并联电阻33，它在几何上及电气上都安排在两个电极20和24之间，起自锁功能，如前文开始所述。
在顶部15上设有一个通孔34贯通于两电极20、24之间，容纳一个PTC组件35，它在两端与电极20、24电气连接。为此在电极20上设有一个弹簧舌片36，卡入通孔34中并把PTC组件35压向上边的电极24。弹簧舌片36的弹力要确定得一方面使PTC组件与两个电极20、25牢靠接触安全通电，另一方面又不对PTC元件造成过大的机械负荷。
图2为图1所示开关装置的俯视图，图中还示意出串接电阻38，它经线路39与固定接点27连接，经线路40及41与焊点29电气连接。串接电阻38为普通厚膜电阻，用已知并且很好掌握的工艺安排在陶瓷片26上，其阻值可按照需要非常准确的设定，从而能够准确地选定切换开关装置10的工作电流。
再有示意地画出了置于两个电极20、24之间的PTC组件35，两个电极在图2中以虚线表示作为外部接点22和23的延长部分。
返回图1还有要注意的是，安排在陶瓷片26上的串接电阻38以及并联电阻33，不论是在电极24和开关构件之间的，还是与两个电极20、24之间的电气连接和机械联接全都是在机壳12的内部安排的。

Claims (17)

1.一种具有一个容纳温度控制开关构件(11)的机壳(12)的开关装置，具有一个第一外部接点和一个第二外部接点；机壳有一个第一机壳部(15)，在其内底部(15a)上有一个与第一外部接点(23)相接的第一电极(24)，机壳还有一个封闭第一机壳部(15)的第二机壳部(14)，它含有一个与第二外部接点(22)相连的第二电极(20)；从而，温度控制开关构件(11)在第一和第二电极(24、20)之间产生电气连通，在机壳(12)中在两电极(24、20)之间布置一个并联电阻(33)；
其特征为，第一机壳部(15)由绝缘材料制成，在其中永久性地持有第一电极(24)；并在第一机壳部(15)上设一个通孔(34)，它由第一电极(24)贯穿到第二电极(20)并容纳一个PTL组件(35)充任并联电阻(33)将两个电极(24、20)相连。
2.根据权利要求1的开关装置，其特征为，在两个电极(24、20)之一(20)上设一个弹簧舌片(36)，它把PTC组件(35)压在另一个电极(24)上。
3.根据权利要求1的开关装置，其特征为，第一电极(24)通过浇铸或者应力注塑包封在生产机壳部件(15)时永久地保持在第一机壳部(15)中，使之成为该机壳部件(15)的整体组成部份。
4.根据权利要求3的开关装置，其特征为，第二极壳部件(14)为一个导电的底部(14)，其内底起第二电极(20)的作用。
5.根据权利要求1的开关装置，其特征为，开关构件(11)含有一个导电的弹簧片(18)，它托着一个活动接点(17)并朝着大约位于活动接着中间位置的双金属锁定片(19)动作，这里，弹簧片(18)以其边缘(21)支撑在一个电极(20)上并在开关构件(11)处于动作温度以下时把活动接点(17)压在另一个电极上。
6.根据权利要求1的开关装置，其特征为，它含有一个陶瓷支架(26)，陶瓷支架朝向开关构件(11)安设在两个电极(24、20)其中一个上并支撑着一个一端与电极(24)相连另一端与开关构件(11)的固定接点相连的串接电阻(38)。
7.根据权利要求2的开关装置，其特征为，它含有一个陶瓷支架(26)，陶瓷支架朝向开关构件(11)安设在两个电极(24、20)其中一个上并支撑着一个一端与电极(24)相连另一端与开关构件(11)的固定接点相连的串接电阻(38)。
8.根据权利要求2的开关装置，其特征为，第一电极(24)通过浇铸或者应力注塑包封在生产机壳部件(15)时永久地保持在第一机壳部(15)中，使之成为该机壳部件(15)的整体组成部份。
9.根据权利要求8的开关装置，其特征为，开关构件(11)含有一个导电的弹簧片(18)，它托着一个活动接点(17)并朝着大约位于活动接着中间位置的双金属锁定片(19)动作，这里，弹簧片(18)以其边缘(21)支撑在一个电极(20)上并在开关构件(11)处于动作温度以下时把活动接点(17)压在另一个电极上。
10.根据权利要求3的开关装置，其特征为，它含有一个陶瓷支架(26)，陶瓷支架朝向开关构件(11)安设在两个电极(24、20)其中一个上并支撑着一个一端与电极(24)相连另一端与开关构件(11)的固定接点相连的串接电阻(38)。
11.根据权利要求6的开关装置，其特征为，第一电极(24)有一个朝向开关构件(11)的平面(25)，陶瓷支架(26)固定在该平面上，该平面与串联电阻(38)电气相连。
12.根据权利要求10的开关装置，其特征为，第一电极(24)有一个朝向开关构件(11)的平面(25)，陶瓷支架(26)固定在该平面上，该平面与串联电阻(38)电气相连。
13.根据权利要求7的开关装置，其特征为，第一电极(24)有一个朝向开关构件(11)的平面(25)，陶瓷支架(26)固定在该平面上，该平面与串联电阻(38)电气相连。
14.根据权利要求6的开关装置，其特征为，陶瓷支架(26)有至少一个激光打孔的通孔(28，29)，通过该通孔陶瓷支架(26)钎焊在电极(24)上并使串联电阻(34)与电极(24)电气连接。
15.根据权利要求7的开关装置，其特征为，陶瓷支架(26)有至少一个激光打孔的通孔(28，29)，通过该通孔陶瓷支架(26)钎焊在电极(24)上并使串联电阻(34)与电极(24)电气连接。
16.根据权利要求14的开关装置，其特征为，所述通孔(28，29)是激光打的。
17.根据权利要求15的开关装置，其特征为，所述通孔(28，29)是激光打的。
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