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Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einem Thermistorelement. Das Bauelement kann beispielsweise als Motorstartrelais für Einphasenwechselstrommotoren verwendet werden. Dieses Bauelement umfasst beispielsweise einen scheibenförmigen keramischen Kaltleiter (PCT) als Thermistorelement, der in einem Gehäuse durch Kontaktelemente beispielsweise mittels Federkontakte kontaktiert ist. Es umfasst ferner einen Sicherheitsmechanismus, der im Fall eines Bruchs des Kaltleiters einen elektrischen Kontakt über den Kaltleiter unterbricht.
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Einphasenwechselstrommotoren benötigen für den Anlauf ein magnetisches Drehfeld, welches durch eine Hilfswicklung, die zur Hauptwicklung räumlich versetzt angeordnet ist, erzeugt wird. Die Hilfswicklung wird von einem Strom durchflossen, der elektrisch phasenverschoben zum Strom der Hauptwicklung ist. Nach Anlauf des Motors kann die Hilfswicklung abgeschaltet werden. Dafür kann bevorzugt ein PTC-Motorstartrelais verwendet werden.
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Das PTC eines Motorstartrelais wird in Serie zur Hilfswicklung geschaltet. Durch den Einschaltstrom, der beim Einschalten durch den PTC fließt, erwärmt sich der PTC. Beim Überschreiten der Referenztemperatur des PTC erfolgt ein sprunghafter Widerstandsanstieg des PTC, der den Strom durch die Hilfswicklung bis auf einen sehr kleinen Reststrom begrenzt.
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Ein Bruch des keramischen PTC kann zum Kurzschluss und in weiterer Folge zum Brand führen. Ein solcher Bruch kann z. B. durch einen elektrischen Überschlag hervorgerufen werden. Ursache für den Überschlag kann einerseits eine netzseitige Überlastung sein oder eine Schädigung des Thermistors während des Betriebs.
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Ein Sicherheitsmechanismus wird in dem Dokument
JP 2,891,179 , aus der
1 entnommen ist, und in der
EP 1 511 053 A2 , der
2 entnommen ist, gezeigt. Das in
1 gezeigte Ausführungsbeispiel hat ein erstes Federelement
40 und eine erste Erhöhung
56, welche in Kontakt mit der ersten Elektrode
38 des Thermistorelements
58 sind, während ein zweites Federelement
43 und eine zweite Erhöhung
57 in Kontakt mit der gegenüber liegenden zweiten Elektrode
39 ist. Die Erhöhungen
56,
57 halten das intakte Thermistorelement
58 zusammen mit den Federelementen
40,
43 an seinem Platz.
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Der in der
1 gezeigte Sicherheitsmechanismus hat Einschränkungen, welche auch in der
EP 1 511 053 A2 erwähnt sind. Sobald der Bruch des Thermistorelements nicht in der Flucht (die Verbindung zwischen den Bezugszeichen
38 und
39) zwischen der ersten Erhöhung und der zweiten Erhöhung auftritt, oder mit anderen Worten, wenn der Bruch des Thermistorelements entlang einer Linie von der ersten zur zweiten Erhöhung verlaufend auftritt, arbeitet der Sicherheitsmechanismus möglicherweise nicht korrekt. Er arbeitet nur korrekt, dass heißt die Bruchstücke werden voneinander wegbewegt, wenn der Bruch zwischen den Erhöhungen auftritt, die das Thermistorelement halten.
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Die Anordnung in
2 gemäß der
EP 1 511 053 A2 hat den Nachteil, dass dieser Sicherheitsmechanismus ein komplexes Design hat.
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Es stellt sich die Aufgabe einen alternativen Sicherheitsmechanismus bereitzustellen. Im Unterschied zum Dokument
JP 2891179 soll dieser Sicherheitsmechanismus unabhängig von der Richtung, in welcher der Bruch durch das Thermistorelement erfolgt, funktionieren. Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das Bauelement ist vorgesehen mit einem Thermistorelement mit Elektroden auf einer ersten und einer zweiten Seite, das zwischen ein erstes und ein zweites Kontaktelement geklemmt ist, sodass das erste Kontaktelement die Elektrode auf der ersten Seite in einem zentralen Bereich kontaktiert und das zweite Kontaktelement die Elektrode auf der zweiten Seite in einem peripheren Bereich kontaktiert, wobei, wenn das Thermistorelement zerbricht, jedes der Bruchstücke mit einem der Kontaktelemente nicht mehr in Kontakt ist.
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Dieses Bauelement betrifft einen Sicherheitsmechanismus, der im Falle eines Bruchs des Thermistorelements eine Unterbrechung des elektrischen Kontaktes zum Thermistorelement erzeugt.
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Bei diesem Sicherheitsmechanismus erfolgt die Unterbrechung eines elektrischen Kontakts über das Thermistorelement unabhängig von der Richtung, in welcher der Bruch durch das Thermistorelement verläuft.
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Der periphere Bereich, in dem das zweite Kontaktelement die zweite Elektrode berührt, liegt randnäher als der zentrale Bereich, indem das erste Kontaktelement die erste Elektrode berührt. Das zweite Kontaktelement kontaktiert die Elektrode im peripheren Bereich, sodass das intakte Thermistorelement eingeklemmt und in seiner Position gehalten wird. Es ist denkbar, dass eine Kontaktstelle zwischen zweiter Elektrode und dem zweiten Kontaktelement vorgesehen ist, die lang gestreckt den zentralen Bereich zumindest teilweise umläuft. Es sind auch mehrere Kontaktstellen um den zentralen Bereich herum denkbar.
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Da die Kontaktelemente das Thermistorelement nicht gegenüberliegend sondern versetzt berühren, sind, wenn das Thermistorelement zerbricht, die Bruchstücke einem Drehmoment ausgesetzt, was dazu führt, dass ein bisheriger Strompfad zwischen den Kontaktelementen über das Thermistorelement durch die Bewegung der Bruchstücke unterbrochen wird.
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Vorteilhafterweise ist ein Ablenkelement vorgesehen, das, wenn das Thermistorelement zerbricht, die Bruchstücke des zerbrochenen Thermistorelements derart lenkt, dass sie das erste Kontaktelement nicht berühren. Das Ablenkelement ist vorteilhafterweise im Umfeld der Kontaktstelle zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Elektrode angeordnet.
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Die Unterbrechung der Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweitem Kontaktelement erfolgt vorteilhafterweise unabhängig von der Richtung, in welcher der Bruch durch das Thermistorelement verläuft.
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Das Bauelement hat einen einfachen Aufbau und ist leicht zusammenzufügen. Es ist flexibel gegenüber Bruchrichtungen, sodass das Funktionieren des Sicherheitsmechanismus nicht auf bestimmte Bruchrichtungen begrenzt ist. Ferner ist das Design einfach.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bauelement ein keramikbasiertes oder im Wesentlichen keramisches Thermistorelement, welches eine kreisförmige Form hat, aber nicht auf diese Form beschränkt ist. Das Thermistorelement kann scheibenförmig mit rechteckiger, runder, ovaler oder anders geformter Grundfläche ausgestaltet sein. Das Thermistorelement hat Elektroden auf einer ersten und einer zweiten Seite. Umlaufend um die Seitenfläche des Thermistorelements ist Freiraum vorgesehen, sodass die Seitenfläche beispielsweise nicht gegen ein Gehäuse stößt. Der Freiraum dient als Auffangbereich für Bruchstücke oder Bruchstückbereiche. Ein erstes metallenes elastisches Kontaktelement, welches elektrisch leitend ist, ist angeordnet, sodass es mit einem zentralen Bereich der Elektrode auf einer Seite des Thermistorelements verbunden ist. Ein zweites metallenes Kontaktelement ist elektrisch leitend und elastisch, wobei das zweite Kontaktelement mit der Elektrode auf der anderen Seite des Thermistorelements verbunden ist. Die Verbindung der Kontaktelemente mit dem Thermistorelement ist vorteilhafterweise kraftschlüssig, sodass mittels Federkraft das Thermistorelement in seiner Position gehalten wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein Plastikgehäuse vorgesehen, in welchem das Thermistorelement positioniert ist. Das erste metallene Kontaktelement ist mit der Elektrode auf der ersten Seite des Thermistorelements in einem zentralen Bereich in stabilen Kontakt verbunden. Das zweite metallene Kontaktelement kontaktiert die Elektrode auf der anderen Seite, wobei eine Federkraft vier Kontaktbereiche des Kontaktelements, an denen die Berührung mit der Elektrode erfolgt, gegen die zweite Elektrode des Thermistorelements presst. Es können weniger, beispielsweise drei Kontaktbereiche, oder mehr als die vorteilhafterweise vorhandenen vier Kontaktbereiche vorgesehen sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse aus hitzebeständigem Plastikmaterial gefertigt und umfasst ein Sockel- und Deckelteil beziehungsweise ein Ober- und Unterteil.
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In einem Ausführungsbeispiel sind zwei Erhöhungen im Gehäuseinneren vorgesehen, wobei die Erhöhungen im Umfeld des Kontaktbereichs des ersten Kontaktelements, das einen Zentralbereich des Thermistorelements berührt, angeordnet sind. Die Erhöhungen sind dem Rand des Thermistorelements näher als der Kontaktbereich. In einem Ausführungsbeispiel ist die Erhöhung um den Kontaktbereich in umlaufender Form, beispielsweise als kreisförmige oder kreissegmentförmige Erhöhung, ausgebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind zwei Erhöhungen vorgesehen; mehr oder weniger Erhöhungen sind denkbar.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Thermistorelement ein PTC-Thermistor, also ein widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten oder Kaltleiter.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
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1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele aus dem Stand der Technik,
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3 eine Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
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4a und 4b Seitenansichten des Bauelements aus 1,
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5a und 5b Aufsichten des Bauelements aus 1, und
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6a, 6b, 6c, 6d sowie 7 weitere Ansichten des Bauelements in dreidimensionaler Darstellung.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Motorstartrelais ist als Explosionsansicht in 3 dargestellt. Diese Darstellung ermöglicht die separate Sicht auf die Komponenten des Bauelements.
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Das Motorstartrelais umfasst ein Thermistorelement 400, das in diesem Ausführungsbeispiel ein PTC oder Kaltleiter ist. Das Thermistorelement 400 kann als runde Scheibe ausgestaltet sein oder eine andere Form beispielsweise rechteckförmig, haben. Ferner ist ein thermoplastisches hitzebeständiges Gehäuse mit einem Gehäusedeckel 100 und einem Gehäusesockel 200, die Ober- und Unterseite des Gehäuses bilden, vorgesehen. Ein metallenes erstes Kontaktelement 500 und ein metallenes zweites Kontaktelement 300 dienen dazu das Thermistorelement 400 mittels Kraftschluss einzuklemmen und eine elektrische Verbindung mit Elektroden 401, 402 des Thermistorelement 400, welche auf der Ober- und Unterseite des Thermistorelements 400 vorgesehen sind, herzustellen.
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4A zeigt eine Seitenansicht des Motorstartrelais, in dem das Thermistorelement 400 in das Gehäuse 100, 200 eingebaut ist indem es an beiden Elektrodenoberflächen 401, 402 festgeklemmt wird.
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Beide Kontaktelemente 300, 500 haben Seitenteile, an denen ihre Fixierung am Gehäusesockel 200 erfolgt. Das erste und zweite Kontaktelement 500, 300 haben lang gestreckte Bereiche die als Anschlüsse 305, 306 geformt sind, um eine Steckverbindung des Bauteils zu ermöglichen, wie beispielsweise in der Aufsicht in den 5A und 5B ersichtlich. Sich einwärts erstreckende Bereiche der Kontaktelemente 300, 500 formen Anschlussfedern 301, 302, 303, 304, 501, die als die Klemmverbindung zur Arretierung des Thermistorelements 400 dienen. Die Kontaktelemente 300, 500 können einstückig ausgestanzt sein.
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Das zweite Kontaktelement 300 hat vier Arme 301, 302, 303, 304, die als Anschlussfedern wirken, mit Kontaktbereichen, welche eine Seite 401 des Thermistorelements 400 berühren. Das Thermistorelement 400 wird zwischen den Kontaktbereichen des zweiten Kontaktelements 300 und des ersten Kontaktelements 500, welches einen zentralen Bereich der Elektrode 402 auf der anderen Seite 402 mit der Anschlussfeder 501 berührt, gehalten. Das Thermistorelement 400 wird durch die Federkräfte der ersten und zweiten Kontaktelemente 500, 300, insbesondere der Anschlussfedern 301, 302, 303, 304, 501, gehalten.
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4A zeigt das intakte Thermistorelement 400, welches mittels der Klemmverbindung durch das erste und zweite Kontaktelement 300, 500 im Plastikgehäuse 100, 200 arretiert ist. Umlaufend um die Seitenfläche des Thermistorelements 400 und im peripheren Bereichen unterhalb der ersten Elektrode 402 ist Freiraum vorgesehen, sodass die Seitenfläche beispielsweise nicht gegen das Gehäuse 100, 200 stößt. Der Freiraum dient als Auffangbereich 600 für Bruchstücke 403, 404 oder Bruchstückbereiche.
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In 4B ist dagegen der Fall veranschaulicht, dass das Thermistorelement 400 in einer Richtung senkrecht zur Ansichtsfläche beschädigt, das heißt entzwei gebrochen, ist. Die Arme 301, 302 des zweiten Kontaktelements 500 berühren die Bruchstücke 403, 404, wogegen die Anschlussfeder 501 des ersten Kontaktelements 500 die Bruchstücke 403, 404 nicht berührt.
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Das Gehäuse 100, 200, welches aus hitzebeständigem Plastik ist, hat im Gehäusesockel 200 zwei Ablenkelemente, welche als Erhöhungen 201, 202 auf der Gehäuseinnenseite ausgebildet sind. Diese Erhöhungen 201, 202 sind im Umkreis, beispielsweise peripher, der Anschlussfeder 501, welche den zentralen Bereich auf einer Seite 402 des Thermistorelements 400 berührt, angeordnet. Wenn das Thermistorelement 400 bricht, führt die Federkraft der Arme 301, 302 des zweiten Kontaktelements 300 und der Anschlussfeder 501 des ersten Kontaktelements 500 dazu, dass die Bruchstücke 403, 404 ein Drehmoment erfahren. Die Bereiche der Bruchstücke 403, 404, welche näher an dem Kontaktbereich des ersten Anschlusselements 500 sind, berühren beim Bruch die fixen Ablenkelemente 201, 202, sodass sich die Bruchstücke 403, 404 von der ersten Anschlussfeder 501 wegbewegen. Dies bewirkt, dass die Bruchstücke 403, 404 keinen Kontakt mit dieser Anschlussfeder 501 mehr haben. Die Bruchstücke 403, 404 können durch die Federkraft der Arme 301, 302 und den Kontakt mit den Ablenkelementen 201, 202 in ihrer Position fern der Anschlussfeder 501 gehalten werden. Dadurch wird jeder Stromfluss durch das Thermistorelement 400 unterbunden.
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Es sei bemerkt, dass bei einem beschädigten Thermistorelement 400, das beispielsweise einen Riss hat, die Federkraft durch die Kontaktelemente 300, 500, insbesondere durch das auf den Zentralbereich stemmartig einwirkende erste Kontaktelement 500, einen Bruch begünstigen kann, wodurch das beschädigte Thermistorelement 400, bei dessen Betrieb eine Überlastung auftreten kann, außer Betrieb gesetzt wird.
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5A zeigt die Seitenansicht mit intaktem Thermistorelement 400. 5B zeigt den Fall, wenn das Thermistorelement 400 senkrecht zur Seitenansichtsfläche bricht. Diese Bruchrichtung ist senkrecht zu der in 4B gezeigten Bruchrichtung. Die Arme 301 und 303 bewirken zusammen mit den Ablenkelementen 201, 202, dass die Bruchstücke 401, 401 von der ersten Anschlussfeder 501 weg bewegt werden, wie oben beschrieben.
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Das Plastikgehäuse hat eine Wand 203, dargestellt in den 5a und 5b, um das zweite metallene Kontaktelement 500 zu bedecken. Das Plastikgehäuse hat ferner ein Rastelement 204 im Gehäusesockel 200, welches mit einem Hakenelement 205 des Gehäusedeckels 100 zusammenwirkt, sodass Gehäusedeckel und -sockel mittels einer Schnappverbindung verbindbar sind, wie in den 5a, 5b sowie insbesondere 4a, 4b ersichtlich.
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Die 6a bis 6d zeigen dreidimensionale Ansichten. 6a zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf das Motorrelais mit intaktem Thermistorelement 400. 6b zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf das Motorrelais mit zerbrochenem Thermistorelement 400. 6c zeigt eine dreidimensionale Seitenansicht auf das Motorrelais aus 4a mit intaktem Thermistorelement 400. 6d zeigt eine dreidimensionale Seitenansicht auf das Motorrelais aus 4b mit zerbrochenem Thermistorelement 400.
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Die 7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Motorstartrelais von vorne oben. 7 zeigt das Motorstartrelais mit dem unbeschädigten Thermistorelement 400, das von den Anschlussfedern 301, 302, 303, 304, 501 gehalten wird.
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Es sei bemerkt, dass die Merkmale der Ausführungsbeispiele kombinierbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gehäusedeckel
- 200
- Gehäusesockel
- 203
- Wand
- 204
- Rastelement
- 205
- Hakenelement
- 301, 302, 303, 304, 501
- Anschlussfedern
- 305, 306
- Anschlüsse
- 400
- Thermistorelement
- 401, 402
- Elektroden
- 403, 404
- Bruchstücke
- 500, 300
- erstes, zweites Kontaktelement
- 600
- Auffangbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2891179 [0005, 0008]
- EP 1511053 A2 [0005, 0006, 0007]
