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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Temperaturschalter zum Fühlen von Temperatur und Überstrom sowie zum Abschalten eines Stroms.
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STAND DER TECHNIK
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Üblicherweise ist ein Temperaturschalter so ausgestaltet, dass er einen leitenden Pfad durch einen Umstellvorgang eines Bimetallelements unterbricht. Das Bimetallelement selbst oder eine mit dem Bimetallelement vereinte bewegliche Platte bildet dabei einen leitenden Teil zum Auftrennen des leitenden Pfads.
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Unabhängig von der Stelle, an der sich ein zum Unterbrechen des Stromkreises dienender Kontakt innerhalb eines Strompfads befindet, in welchem Strom von einem Anschluss zum einem anderen Anschluss fließt, wird strukturbedingt der Bimetallelement-Teil selbst ausnahmslos durch Joulesche Wärme erhitzt.
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Aus diesem Grund wird das Bimetallelement nicht nur durch die Umgebungstemperatur betätigt, sondern auch durch den Einfluss der Jouleschen Wärme, die durch das Bimetallelement selbst entsteht. Damit kommt es häufig zu der Unzulänglichkeit, dass der Abschaltvorgang bei einer unterhalb der dafür vorgesehenen Solltemperatur veranlasst wird, also bei einer Temperatur, bei der ein Abschaltvorgang nicht benötigt wird.
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Um dieser Unzulänglichkeit zu begegnen, wurde der Aufbau eines Temperaturschalters vorgeschlagen, bei dem sich in anderen als dem Kontaktteil des Bimetallelements kein leitender Teil befindet (
japanisches Patent 3724178 (
japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift H11-260221 ).
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Temperaturschalters veranschaulicht, bei dem kein leitender Teil außer in dem Kontaktteil des Bimetallelements gebildet ist.
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Wie aus 1 hervorgeht, verlaufen bei diesem Temperaturschalter 1 zwei flache Festelektroden 2 und 3 durch den unteren Bereich eines als Trägerelement fungierenden Kunstharzsockels 4 von vorne nach hinten, wobei die Festelektroden von dem Kunstharzsockel 4 gehalten werden.
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An den einen Enden der beiden Festelektroden 2 und 3 sind Festkontakte 5 und 6 ausgebildet, an den anderen Enden der beiden Festelektroden 2 und 3, die von dem Kunstharzsockel 4 den Festkontakten 5 und 6 abgewandt abstehen, sind Zuleitungsdrähte 7 und 8 angeschlossen.
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An der Fläche des Kunstharzsockels 4, die sich oberhalb der Stirnseite mit den Festkontakten 5 und 6 der beiden Festelektroden 2 und 3 befindet, ist ein Ende einer Trägerplatte 9 für die bewegliche Elektrode fixiert. An dieser Trägerplatte 9 für die bewegliche Elektrode ist ein Ende eines durch Wärme umgestellten (invertierten) Bimetallelements 10 fixiert, um das Bimetallelement 10 zu halten.
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An dem anderen Ende des Bimetallelements 10 befindet sich ein beweglicher Kontakt 11 gegenüber den Festkontakten 5 und 6.
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Bei diesem in 1 gezeigten Temperaturschalter 1 steht bei Normaltemperatur der bewegliche Kontakt 11 des Bimetallelements 10 in Druckkontakt mit den Festkontakten 5 und 6. Damit ist ein leitender Pfad zwischen den Zuleitungen 7 und 8 über die Festelektrode 2, den Festkontakt 5, den beweglichen Kontakt 11, den Festkontakt 6 und die Festelektrode 3 in dieser Reihenfolge gebildet.
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Das Bimetallelement 10 ist derart aufgebaut, dass es sich bei einer Umgebungstemperatur, die einer vorbestimmten Temperatur entspricht oder diese übersteigt, umstellt, wodurch der bewegliche Kontakt 11 sich von den Festkontakten 5 und 6 trennen kann, so dass der leitende Pfad zwischen den Zuleitungen 7 und 8 unterbrochen oder geöffnet wird.
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Wie allerdings deutlich in 1 zu sehen ist, bilden die Festelektroden 2 und 3 zwischen den Festkontakten 5 und 6 und dem Kunstharzsockel 4 Leitungsbereiche, und diese Leitungsbereiche liegen der Bodenfläche des Bimetallelements 10 gegenüber.
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Insbesondere überlappt die gesamte Fläche des Umstellbereichs des Bimetallelements 10, das sind 100% des Umstellbereichs, die Leitungsbereiche der Festelektroden 2 und 3.
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Obschon das Bimetallelement 10 so aufgebaut ist, dass es von sich aus keine Joulesche Wärme erzeugt, ist der gesamte Umstellbereich des Bimetallelements 10 in einem Zustand angeordnet, in dem er Joulesche Wärme aufnimmt, die durch einen Leitungsbereich aufgrund von Strahlung und Konvektion entsteht.
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Wenn also der Stromfluss zunimmt, wird das Bimetallelement 10 nicht nur durch die bzw. bei der Umgebungstemperatur umgestellt, sondern wird auch umgestellt durch Wärme, die im Inneren des Temperaturschalters selbst entsteht, so dass häufig eine Umschaltung bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur erfolgt als der Nenn-Umschalttemperatur.
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Wenn der Stromfluss weiter zunimmt, kann der in 1 dargestellte Temperaturschalter auch bei Normaltemperatur umschalten, indem das Bimetallelement 10 umgestellt wird.
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In der Praxis ist der so aufgebaute Temperaturschalter 1 also durch die Möglichkeit beeinträchtigt, dass er fälschlicherweise ausgelöst wird, obschon sich die Umgebungstemperatur im üblichen Betriebsbereich der Vorrichtung bewegt, in die der Temperaturschalter eingebaut ist.
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Die
DE 10 2004 036 117 A1 betrifft einen Bimetallschalter, bei dem ein Schaltkontakt direkt an dem Bimetallelement angebracht ist.
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Die
DE 195 47 526 A1 betrifft einen Bimetallschalter, bei dem sich ein Umstellbereich des Bimetallelements und ein Leitungspfadbereich eines Laststroms vollständig überlappen.
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Es ist folglich Aufgabe der Erfindung, einen Temperaturschalter anzugeben, der in der Lage ist, starke Ströme zu führen, wobei gleichzeitig der Einfluss der Wärmeentstehung durch Stromfluss minimiert ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird durch den Temperaturschalter von Anspruch 1 gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Temperaturschalter umfasst dementsprechend ein Paar Anschlüsse und ein Paar Festkontakte, die mit den Anschlüssen elektrisch leitend verbunden sind und an deren Ende ausgebildet sind, eine bewegliche Platte mit einem ersten Ende, das mit einem den paarweisen Festkontakten gegenüberliegenden Kontakt ausgestattet ist, und einem zweiten Ende, das von dem ersten Ende und den Anschlüssen (sowie den Festkontakten) abgewandt ist, und ein Bimetallelement mit einem durch einen wärmeempfindlichen Reaktionsbereich gebildeten Umstellbereich, welches ein erstes Ende und ein in einer Erstreckungsrichtung liegendes zweites Ende aufweist und mit der beweglichen Platte in Eingriff steht, bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. in einer Rückwärts-Biegerichtung) umgestellt wird und die bewegliche Platte derart antreibt, dass der Temperaturschalter geschlossen wird, indem der Kontakt gegen das Paar Festkontakte drückt und so ein Leitungspfad für einen Laststrom gebildet wird, oder geöffnet wird. Das Bimetallelement ist derart angeordnet, dass ein Überlappungsbereich des Umstellbereichs mit einem Leitungspfadbereich in dem sich der Leitungspfad erstreckt, in der Erstreckungsrichtung 1/3 oder weniger des Umstellbereichs oder Null beträgt.
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Die Anschlüsse dienen zum Verbinden mit einem externen Schaltkreis und das Paar Festkontakte bildet entsprechend den obigen Ausführungen einen Schaltteil eines in dem Paar Anschlüsse gebildeten elektrischen Schaltkreises. Die bewegliche Platte besteht vorzugsweise aus einer elastischen Platte und ist, wie oben erwähnt mit dem Kontakt ausgestattet, der dementsprechend einen beweglichen Kontakt darstellt, um mit diesem Kontakt bezüglich den paarweisen Festkontakte einen vorbestimmten Kontaktdruck hervorzurufen. Das Bimetallelement ist vorzugsweise derart strukturiert, dass ein Ende des Bimetallelements mit dem mit dem Kontakt ausgestatteten ersten Ende der beweglichen Platte in Eingriff bringbar ist und das andere Ende des Bimetallelements mit dem zweiten Ende der beweglichen Platte in Eingriff bringbar ist. Der zuvor beschriebene Überlappungsbereich beträgt vorzugsweise in einem internen Anordnungsraum, z. B. innerhalb eines Gehäuses, 1/3 oder weniger des Umstellbereichs oder Null.
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Vorzugsweise enthält das Bimetallelement einen Umstellbereich und einen Nicht-Umstellbereich und ist so strukturiert, dass es sich in dem oberen Abschnitt der beweglichen Platte derart befindet, dass die Seite des Nicht-Umstellbereichs an der beweglichen Platte fixiert sein kann, das Ende der Seite des Umstellbereichs mit dem ersten Ende, an dem sich der Kontakt der beweglichen Platte befindet, in Eingriff stehen kann, und der Kontakt der beweglichen Platte normalerweise in Richtung der paarweisen Festkontakte gedrückt wird.
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Dabei kann beispielsweise ein Werkstoff zum Fixieren des Endes des Bimetallelements an der beweglichen Platte auch aus einem Metall, das unter Spannung gesetzt wird (charging metal), bestehen, und der Sockel des Temperaturschalter-Hauptkörpers kann ebenfalls aus einem Metall gefertigt sein, welches gegenüber den paarweisen Anschlüssen isoliert ist.
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In dem Temperaturschalter gemäß der Erfindung kann beispielsweise der Umkehrbereich des Bimetallelements sich auch nicht mit dem leitenden Bereich des Laststroms in dem internen Anordnungsbereich überlappen.
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In dem erfindungsgemäßen Temperaturschalter ist es beispielsweise bevorzugt, wenn der in dem Paar Anschlüsse gebildete elektrische Schaltkreis ein Gleichstrom-Schaltkreis ist, wobei einer der paarweisen Anschlüsse für die Verbindung mit dem externen Schaltkreis aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, der andere der paarweisen Anschlüsse aus Nickel oder mit Nickel überzogenem Eisen besteht, wobei die Seite mit dem Nickel oder dem mit Nickel überzogenen Eisen einen Pluspol für die Stromrichtung des Gleichstrom-Schaltkreises bildet, während die Seite mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung den Minuspol bildet.
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Beispielsweise können die paarweisen Festkontakte und der diesen gegenüberliegende bewegliche Kontakt ebenfalls aus dem gleichen Silberfamilien-Werkstoff gefertigt sein, und sie können mit dem beweglichen Kontakt vereint sein.
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Beispielsweise ist es außerdem bevorzugt, wenn jeder der paarweisen Anschlüsse für die Verbindung mit dem externen Schaltkreis aus einem plattenförmigen Element besteht, welches als Wärmeabstrahlfläche fungiert.
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Beispielsweise kann auch ein PTC-Element in den Sockel des Temperaturschalter-Hauptkörpers eingebaut sein, wobei die paarweisen Anschlüsse und die Elektrode des PTC-Elements parallelgeschaltet sind, während das Bimetallelement auch durch Wärmeerzeugung aufgrund einer Spannung gehalten werden kann, die von den paarweisen Anschlüssen zur Lösezeit der paarweisen Festkontakte an das PTC-Element gelegt wird.
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Wie oben erläutert wurde, bildet erfindungsgemäß das Bimetallelement nicht nur keinen leitenden Pfad, sondern es befindet sich außerdem an einer Stelle, die nicht durch die Wärmeentstehung des leitenden Pfads abträglich beeinflusst wird. Aus diesem Grund wird das Bimetallelement auch nicht bei einer wesentlich unter der Nenn-Umschalttemperatur liegenden Temperatur umgestellt. Damit wird ein Temperaturschalter geschaffen, der stabil einen starken Strom leiten kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines herkömmlichen Temperaturschalters unter Bildung eines Nicht-Leitungsbereichs außerhalb des Kontaktteils des Bimetallelements;
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2A ist eine perspektivische Ansicht, die den internen Aufbau nach Entfernen eines Gehäuses bei dem Temperaturschalter der ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
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2B ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 2A dargestellten Temperaturschalters (Nr. 1);
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2C ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 2A dargestellten Temperaturschalters (Nr. 2);
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3 ist die perspektivische Ansicht des Temperaturschalters nach 2A, welche die Lagebeziehung zwischen dem Umstellbereich des Bimetallelements und dem Leitungspfadbereich eines Laststroms zeigt;
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4A ist eine perspektivische Ansicht des internen Aufbaus einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Temperaturschalters nach Beseitigung eines Gehäuses;
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4B ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 4A dargestellten Temperaturschalters (Nr. 1);
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4C ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 4A dargestellten Temperaturschalters (Nr. 2);
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5 ist die perspektivische Ansicht des Temperaturschalters nach 2A, welche die Lagebeziehung zwischen dem Umstellbereich des Bimetallelements und dem Leitungspfadbereich für einen Laststrom veranschaulicht;
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6A ist eine Seiten-Schnittansicht des Aufbaus des Temperaturschalters der dritten bevorzugten Ausführungsform (Nr. 1); und
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6B ist eine seitliche Schnittansicht des Aufbaus des Temperaturschalters der dritten bevorzugten Ausführungsform (Nr. 2).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperaturschalter
- 2 und 3
- Festelektrode
- 4
- Kunstharzsockel
- 5 und 6
- Festkontakt
- 7 und 8
- Zuleitungsdraht
- 9
- Trägerplatte für bewegliche Elektrode
- 10
- Bimetallelement
- 11
- Beweglicher Kontakt
- 15
- Temperaturschalter
- 16 (16a und 16b)
- Anschluss
- 16-1
- Leitungsbereich
- 17
- Kunstharzsockel
- 17-1
- Vorsprung
- 17-2
- Fixierstab
- 18 (18a und 18b)
- Festkontakt
- 19
- Bewegliche Platte
- 19-1
- Eingriffshaken
- 19-2
- Fixierloch
- 19-3
- Dummyloch
- 21
- Beweglicher Kontakt
- 22
- Bimetallelement
- 22-1
- Umstellbereich
- 22-1-1
- Leitungsbereich-Überlappungsteil
- 22-2
- Nicht-Umstellbereich
- 22-3
- Fixierloch
- 22-4
- Zentrum
- 23
- Materialstück
- 25
- Temperaturschalter
- 26
- Metall
- 27
- Bimetallelement
- 27-1
- Umstellbereich
- 27-2
- Zentrum
- 28
- Bewegliche Platte
- 28-1
- Verengungshaken
- 28-2 und 28-3
- Haken
- 28-4
- Dummyloch
- 29
- Schweißbereich
- 30
- Gehäuse
- 31
- PTC (positiver Temperaturkoeffizient)
- 32 (32a und 32b)
- Elektrode
- 33 (33a und 33b)
- leitendes Verbindungsglied
- 34 (34a und 34b)
- Widerstandselement
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BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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2A ist eine perspektivische Ansicht des internen Aufbaus der ersten Ausführungsform des Temperaturschalters nach Entfernen eines Gehäuses, und 2B und 2C sind entsprechende auseinandergezogene Ansichten. In 2B sind das Bimetallelement und die bewegliche Platte aus 2A umgedreht dargestellt.
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Wie in den 2A, 2B und 2C zu sehen ist, enthält der Temperaturschalter 15 dieser bevorzugten Ausführungsform ein Paar Anschlüsse (16a und 16b) für die Verbindung mit einem externen Schaltkreis. Die paarweisen Anschlüsse 16 sind an einem Kunstharzsockel 17 fixiert.
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An den am Kunstharzsockel 17 fixierten Enden der paarweisen Anschlüsse sind paarweise Festkontakte 18 (18a und 18b) ausgebildet.
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An dem Paar von Festkontakten 18 liegt mit einem vorbestimmten Kontaktdruck ein beweglicher Kontakt 21 an, der an einer beweglichen, elastischen Platte 19 ausgebildet ist und den Festkontakten 18 gegenüberliegt.
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Der mit den paarweisen Festkontakten 18 in Kontaktberührung stehenden Teil des beweglichen Kontakts 21 ist ein einheitliches Gebilde, welches durch Verstemmen oder durch Schweißen an der beweglichen Platte fixiert ist.
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Da der bewegliche Kontakt 21 einteilig und nicht getrennt ausgebildet ist, wird der zwischen den Festkontakten 18 über den beweglichen Kontakt 21 fließende Strom direkt ausschließlich über den beweglichen Kontakt 21 geleitet, ohne dass er zu der beweglichen Platte 19 abgezweigt wird.
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Der Erstreckungsbereich eines Endes der beweglichen Platte 19, an welchem der bewegliche Kontakt 21 ausgebildet ist, ist zurückgefaltet auf die andere Oberflächenseite, die von der Oberflächenseite abgewandt ist, auf der der bewegliche Kontakt 21 gebildet ist, wodurch ein Eingriffshaken 19-1 gebildet wird.
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An der beweglichen Platte 19 ist ein rechtwinkliges Fixierloch 19-2 in der Nähe des einen Endes, welches von dem Ende mit dem beweglichen Kontakt 21 abgewandt ist, ausgebildet. Weiterhin ist in der beweglichen Platte 19 ein kreisförmiges Dummyloch 19-3 zwischen dem beweglichen Kontakt 21 und dem Fixierloch 19-2 ausgebildet.
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Mit dieser beweglichen Platte 19 steht ein Bimetallelement 22 in Eingriff, welches die bewegliche Platte 19 antreibt, um die bewegliche Platte 19 bei einer vorbestimmten Temperatur in deren Umklapprichtung über dem beweglichen Kontakt 21 umzustellen, um die paarweisen Festkontakte 18 ein-/auszuschalten.
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Das Bimetallelement 22 enthält einen Umstellbereich 22-1 und einen Nicht-Umstellbereich 22-2, wobei das Ende des Umstellbereichs 22-1 mit dem Eingriffshaken 19-1 der beweglichen Platte 19 in Eingriff steht.
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Am Ende des Nicht-Umstellbereichs 22-2 ist ein Fixierloch 22-3 mit nahezu derselben Form wie das Fixierloch 19-2 ausgebildet, wobei dieses Fixierloch 22-3 mit dem Fixierloch 19-2 der beweglichen Platte 19 fluchtet.
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An dem Kunstharzsockel 17 ist ein etwa zylinderförmiger Vorsprung 17-1 etwa in der Mitte des Sockels ausgebildet, und dem dem Anschluss 16 abgewandten Ende des Sockels zugewandt ist ein nahezu rechtwinklig-parallelepipedförmiger Fixierstab 17-2 ausgebildet.
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Wenn die Kombination aus der beweglichen Platte 19 nach 2B und dem Bimetallelement 22, dessen eines Ende mit der beweglichen Platte 19 in Eingriff steht, umgedreht wird und an dem in 2C dargestellten Kunstharzsockel angebracht wird, überlappen sich das Fixierloch 19-2 der beweglichen Platte 19 und das Fixierloch 22-3 des Bimetallelements, und diese Fixierlöcher werden auf den Fixierstab 17-2 des Kunstharzsockels 17 aufgesetzt.
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Anschließend wird ein Materialstück 23 auf den Fixierstab 17-2 von oben her aufgesetzt, und der überstehende Bereich 17-2-1 des Fixierstabs 17-2, der durch das Materialstück 23 hindurch vorsteht, wird durch Wärme und Druck angequetscht, um das Materialstück 23 mit dem Fixierstab 17-2 zu verstemmen.
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Damit ist das eine Ende, welches dem anderen Ende mit dem beweglichen Kontakt 21 der beweglichen Platte 19 abgewandt ist, ebenso wie das Ende an dem Nicht-Umstellbereich 22-2 des Bimetallelements 22 an dem Fixierstab 17-2 mit Hilfe des Materialstücks 23 fixiert.
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Da in diesem Zustand das Bimetallelement 22 bei Normaltemperatur konvex nach oben in 2A eingestellt ist, berührt der bewegliche Kontakt 21 der beweglichen Platte 19 den Festkontakt 18 mit einem vorbestimmten Kontaktdruck.
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In diesem Zustand verläuft die Spitze des Vorsprungs 17-1 des Kunstharzsockels 17 durch das Dummyloch 19-3 der beweglichen Platte 19, wobei sich der Vorsprung 17-1 in der Nähe des Zentrums 22-4 des Umstellbereichs 22-1 des Bimetallelements 22 befindet.
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Wenn also das Bimetallelement 22 bei einer vorbestimmten hohen Temperatur umgestellt wird, das heißt in eine nach oben offene konkave Form umgestellt wird, so bleibt das Ende des Nicht-Umstellbereichs 22-2 des Bimetallelements 22 an dem Fixierstab 17-2 des Kunstharzsockels 17 fixiert, während das Zentrum 22-4 des Umstellbereichs 22-1 an dem Vorsprung 17-1 des Kunstharzsockels 17 anstößt, wodurch das Ende des Bimetallements 22, das mit dem Eingriffshaken 19-2 der beweglichen Platte 19 in Eingriff steht, angehoben wird. Auf diese Weise werden die Festkontakte 18a und 18b unter Abschaltung des Stromflusses getrennt.
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Als nächstes soll die Lagebeziehung zwischen dem Umstellbereich des Bimetallelements 22 dieser bevorzugten Ausführungsform, das heißt einem wärmeempfindlichen Reaktionsbereich, und dem Leitungspfadbereich eines Laststroms in einem internen Anordnungsraum innerhalb des Gehäuses, welches in 2 nicht dargestellt ist, erläutert werden.
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3 ist eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Temperaturschalters 15, welche den inneren Aufbau des Temperaturschalters 15 nach Entfernen eines Gehäuses veranschaulicht.
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Wenn in 3 die Anschlüsse 16a und 16b den Pluspol bzw. den Minuspol bilden und die Festkontakte 18a und 18b überbrückt sind, fließt zunächst ein Strom gemäß Pfeil a durch den Anschluss 16a, dann gemäß Pfeil b von dem Festkontakt 18a des Anschlusses 16a zu dem beweglichen Kontakt 21, dann weiter gemäß Pfeil c durch den beweglichen Kontakt 21, anschließend gemäß Pfeil d von dem beweglichen Kontakt 21 zu dem Festkontakt 18b des Anschlusses 16b, und schließlich gemäß Pfeil e durch den Anschluss 16b, wodurch der Leitungspfad für eine externe Spannungsquelle gebildet wird.
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In dem Leitungsbereich 16-1, wo ein Leitungspfad gemäß den Pfeilen a, b, c, d und e gebildet ist, ist der Überlappungsbereich zwischen diesem Leitungsbereich 16-1 und dem Umstellbereich 22-1 des Bimetallelements 22 nur ein Überlappungsbereich 22-1-2 bezüglich des beweglichen Kontakts 21.
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Der Überlappungsbereich dieses Überlappungsteils 22-1-1 beträgt etwa 1/4 des Umstellbereichs 22-1 des Bimetallelements 22 bei dem in 3 gezeigten Beispiel. Dies lässt erkennen, dass selbst bei Miniaturisierung des Bimetallelements 22 und unveränderter Größe des beweglichen Kontakts 21 gemäß 3 zur Vermeidung einer Änderung der Stromstärke, die Überlappung zwischen dem Leitungsbereich 16-1 und dem Umkehrbereich 22-1 des Bimetallelements 22 etwa 1/3 oder weniger beträgt.
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Das eine Ende, welches von dem anderen, mit dem beweglichen Kontakt 21 ausgestatteten Ende der beweglichen Platte 19 abgewandt ist (ein an dem Kunstharzsockel 17 fixiertes Ende) befindet sich an einer Stelle, die von dem Festkontakt 18 und dem Anschluss 16 wegweist. Damit wird Joulesche Wärme, die in dem Leitungspfad entsteht, direkt von dem beweglichen Kontakt 21 zu der beweglichen Platte 19, die das Bimetallelement 22 abstützt, geleitet, und wird niemals von dem Leitungsweg durch Strahlung und Konvektion aufgenommen.
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Da also bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Temperaturschalters 15 das Bimetallelement 22 nicht nur keinen Leitungsweg bildet, sondern sich auch an einer Stelle befindet, die nicht durch die Wärmeerzeugung des leitenden Pfads beeinflusst wird, wird das Bimetallelement 22 niemals bei einer unterhalb der Nenn-Betriebstemperatur liegenden Temperatur umgestellt. Damit lässt sich auf stabile Weise ein starker Strom führen.
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Wenn dieser Temperaturschalter 15 für einen elektrischen Schaltkreis verwendet wird, der sich aus einer Wechselstromschaltung zusammensetzt, so wird natürlich die oben durch die Pfeile a, b, c, d und e angedeutete Stromrichtung pro Sekunde 50- oder 60-mal (in Japan) umgekehrt.
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Wenn dieser Temperaturschalter 15 für einen elektrischen Schaltkreis eingesetzt wird, der sich aus einem Gleichstromkreis zusammensetzt, so ist es bevorzugt, wenn einer der paarweisen Anschlüsse für die Verbindung mit einem externen Schaltkreis, beispielsweise der Anschluss 16a, aus Nickel, aus mit Nickel überzogenem Eisen oder dergleichen besteht und den Pluspol bildet, während der andere Anschluss 16b aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und den Minuspol bildet.
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Wenn bei einem solchen Aufbau Joulesche Wärme in dem Leitungspfad entsteht, wirkt der Thomson-Effekt, da diese Joulesche Wärme in einem Kontaktbereich (der Bereich gemäß den Pfeilen b und d) einen hohen Wert annimmt. Aus diesem Grund bewegt sich in dem Anschluss 16a die Wärme in einer Richtung umgekehrt zur Stromrichtung gemäß Pfeil a in 4, während im Anschluss 16b sich die Wärme in die gleiche Richtung bewegt wie der Strom, entsprechend einem Pfeil e in 3.
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Insbesondere bewegt sich eine starke Joulesche Wärme in einem Kontaktteil zu den äußeren Enden der Anschlüsse 16a und 16b aufgrund des Thomson-Effekts, so dass sich die starke Wärme in dem Kontaktteil abkühlt.
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Da die äußeren Enden der Anschlüsse 16a und 16b mit einem externen Schaltkreis verbunden sind, und üblicherweise die Anschlüsse 16a und 16b sowie der externe elektrische Schaltkreis fest miteinander verbunden sind, ist die Joulesche Wärme an dieser Verbindung geringer als die Joulesche Wärme in dem Kontaktteil, die nur durch den Druckkontakt geleitet wird.
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Aus diesem Grund fungiert der Thomson-Effekt stets so, dass die in einem Kontaktteil entstehende Wärme zu dem äußeren Ende eines Anschlusses hin bewegt wird.
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Zweite Ausführungsform
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4A ist eine perspektivische Ansicht, die den internen Aufbau der zweiten Ausführungsform des Temperaturschalters nach Entfernen des Gehäuses zeigt. 4B und 4C sind auseinandergezogene, perspektivische Ansichten.
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In 4B sind das Bimetallelement und die bewegliche Platte aus 4A in umgedrehter Lage dargestellt. In 4A, 4B und 4C sind die gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile und funktionelle Merkmale verwendet wie in den 2A, 2B und 2C.
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Wie aus den 4A, 4B und 4C hervorgeht, enthält ein Temperaturschalter 25 dieser bevorzugten Ausführungsform ein Paar Anschlüsse 16 (16a und 16b) für die Verbindung mit einem externen Schaltkreis. An den inneren Enden der paarweisen Anschlüsse 16 sind Festkontakte 18 (18a und 18b) ausgebildet. Das Ende dieser Festkontakt-Seite des Festkontakts 18 ist an dem Kunstharzsockel 17 fixiert.
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Etwa in der Mitte des Kunstharzsockels 17 ist ein etwa zylinderförmiger Vorsprung 17-1 ausgebildet, und an dem dem Ende mit dem Anschluss 16 abgewandten Ende ist ein Metallstück 26 befestigt.
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Das gesamte Bimetallelement 27 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem Umstellbereich 27-1. Dieses Metallelement 27 steht umkehrbar oder umklappbar in Eingriff mit einer rechteckigen beweglichen Platte 28 aus einem elastischen Werkstoff, und zwar an einer Stelle etwa in der Mitte der beweglichen Platte 28.
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Speziell sind beide Enden in Richtung der kürzeren Seite des Bimetallelements 27 in ihrer Bewegung in seitlicher Richtung eingeschränkt durch einen Verengungshaken 28-1, der an den beiden Enden der beweglichen Platte 28 in Richtung von deren kurzer Seite absteht, wobei beide Enden des Bimetallelements 27 in Längsrichtung gesehen mit Haken 28-2 und 28-3 in Eingriff stehen, die etwa in der Mitte zwischen dem Zentrum und den beiden Längsenden der beweglichen Platte 28 ausgeschnitten und geformt sind.
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Eine Kombination der beweglichen Platte 28 nach 4B und des Bimetallelements 27, welches vollständig mit dieser beweglichen Platte 28 in Eingriff steht, ist in umgekehrter Lage (oben und unten vertauscht) an dem in 4C dargestellten Kunstharzsockel 17 gelagert und an mindestens zwei Schweißpunkten 29 an dem einen, dem Ende mit dem beweglichen Kontakt 21 der Platte 28 abgewandten Ende der beweglichen Platte an dem Metallstück 26 fixiert.
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Damit ist die Kurzseite des Bimetallelements 27, die mit dem Haken 28-3 zwischen dem Zentrum der beweglichen Platte 28 und deren dem beweglichen Kontakt 21 abgewandten Ende in Eingriff steht, über die bewegliche Platte 28 an dem Kunstharzsockel 17 fixiert.
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Da in diesem Zustand das Bimetallelement 27 bei Normaltemperatur in 4A eine nach oben konvexe Lage einnimmt, steht der bewegliche Kontakt 21 der beweglichen Platte 28 mit einem vorbestimmten Kontaktdruck in Berührung mit dem Festkontakt 18.
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In diesem Zustand verläuft die Spitze des Vorsprungs 17-1 des Kunstharzsockels 17 durch das Dummyloch 28-4 der beweglichen Platte 28, wobei der Vorsprung 17-1 sich in der Nähe des Zentrums 27-2 des Bimetallelements 27 befindet und das Zentrum 27-2 nahezu berührt.
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Wenn folglich das Bimetallelement 27 bei der vorbestimmten hohen Temperatur umgestellt wird, wird das Ende des Bimetallelements 27, das mit dem Haken 28-2 auf der Seite des beweglichen Kontakts 21 der beweglichen Platte 28 in Eingriff steht, angehoben, weil das Bimetallelement 27 an dem Kunstharzsockel 17 durch den Haken 28-3 auf der dem beweglichen Kontakt 21 abgewandten Seite der beweglichen Platte 28 fixiert ist. Damit werden die Festkontakte 18a und 18b voneinander getrennt und der Strom unterbrochen.
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Als nächstes soll die Lagebeziehung zwischen dem Umstellbereich des Bimetallelements 27 dieser Ausführungsform, das heißt der wärmeempfindliche Rekationsbereich, und dem Leitungspfadbereich für einen Laststrom in einem inneren Aufnahmeraum, das heißt einem Aufnahmeraum im Inneren des Gehäuses, das in 4 nicht dargestellt ist, erläutert werden.
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5 ist die perspektivische Ansicht des internen Aufbaus des Temperaturschalters 25 dieser bevorzugten Ausführungsform nach 4A nach Entfernen des Gehäuses.
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Wenn nach 5 die Anschlüsse 16a und 16b den Pluspol bzw. den Minuspol bilden und die Festkontakte 18a und 18b überbrückt sind, so fließt Strom von dem Anschluss 16a zu dem Anschluss 16b über den Festkontakt 18a, den beweglichen Kontakt 21 und den Festkontakt 18b entsprechend den Pfeilrichtungen der Pfeile a, b, c, d und e.
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In dem Leitungsbereich 16-1, in welchem ein Leitungspfad gemäß diesen Pfeilen a, b, c, d und e gebildet ist, gibt es überhaupt keine Überlappung zwischen dem Leitungsbereich 16-1 und dem Umstellbereich 27-1 des Bimetallelements 27. Deshalb empfängt das Bimetallelement 27 in keinem Fall Joulesche Wärme, die in dem Leitungspfad erzeugt wird, durch Strahlung und Konvektion.
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Auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform befindet sich das dem Ende mit dem beweglichen Kontakt 21 abgewandte Ende der beweglichen Platte 28 (das an dem Kunstharzsockel 17 fixierte Ende) an einer Stelle, die in einer Richtung weg von dem Festkontakt 18 und dem Anschluss 16 gelegen ist.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel des Temperaturschalters 15 das Bimetallelement 27 nicht nur keinen Leitungspfad bildet, sondern sich außerdem noch an einer Stelle befindet, die durch die Wärmeerzeugung in dem leitenden Pfad nicht beeinträchtigt wird, so wird das Bimetallelement 22 in keinem Fall bei einer unterhalb der Betriebs-Nenntemperatur liegenden Temperatur umgestellt. Damit kann ein starker Strom in stabiler Weise geführt werden.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel des Temperaturschalters 25 das Bimetallelement 27 nicht nur keinen Leitungspfad bildet, sondern sich außerdem noch an einer Stelle befindet, die durch die Wärmeerzeugung in dem leitenden Pfad nicht beeinträchtigt wird, so wird das Bimetallelement 27 in keinem Fall bei einer unterhalb der Betriebs-Nenntemperatur liegenden Temperatur umgestellt. Damit kann ein starker Strom in stabiler Weise geführt werden.
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Wenn diese Ausführungsform des Temperaturschalters 25 für einen elektrischen Wechselstrom-Schaltkreis verwendet wird und die Anschlüsse 16a und 16b in der in 3 gezeigten Weise ausgebildet sind, bewegt sich in dem leitenden Teil entstandene Joulesche Wärme ebenfalls zu den äußeren Enden der Anschlüsse 16a und 16b aufgrund des Thomson-Effekts, so dass eine erhöhte Wärme in dem Kontaktteil zur Kühlung abgeleitet wird.
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Da außerdem bei den oben beschriebenen Temperaturschaltern nach der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform jeder der Anschlüsse 16a und 16b aus einem plattenförmigen Element zusammengesetzt ist, welches als eine Wärmeabstrahlfläche fungiert, wird Joulesche Wärme, die sich zu den äußeren Enden der Anschlüsse 16a und 16b aufgrund des Thomson-Effekts bewegt hat, besser abgeleitet.
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Wenn außerdem die Festkontakte 18 (18a und 18b) und der bewegliche Kontakt 21 aus Werkstoff der selben Silber-Familie gefertigt werden und der bewegliche Kontakt 21 als einheitliches Teil nach den 2B und 4B und nicht als Paar entsprechend den paarweisen Festkontakten 18 ausgebildet ist, lässt sich der Kontaktwiderstand des Kontaktteils unterdrücken, und damit lässt sich die Wärmeentstehung an dem Kontakt vermindern.
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Dritte Ausführungsform
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6A und 6B sind seitliche Schnittansichten, die den Aufbau des Temperaturschalters der dritten bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen. 6A zeigt einen Zustand, in welchem ein PTC-Element (positiver Temperaturkoeffizient) 31 in die Basis des Gehäuses 30 des Temperaturschalter-Hauptkörpers eingebaut ist, der den gleichen Aufbau besitzt wie bei dem Temperaturschalter der ersten bevorzugten Ausführungsform.
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6B veranschaulicht einen Zustand, in welchem ein PTC-Element (positiver Temperaturkoeffizient) 31 in die Basis des Gehäuses 30 des Temperaturschalter-Hauptkörpers eingebaut ist, der nahezu die gleiche Lagebeziehung zwischen dem Umstellbereich des Bimetallelements und dem Leitungspfadbereich für den Laststrom aufweist wie es bei dem Temperaturschalter der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, obschon sich die dritte Ausführungsform etwas von dem Temperaturschalter der zweiten Ausführungsform hinsichtlich der Form des Kunstharzsockels 17 und der Art und Weise der Fixierung der beweglichen Platte 28 an dem Kunstharzsockel 17 unterscheidet.
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In den 6A und 6B sind paarweise Anschlüsse 16 (16a und 16b) und die Elektroden 32 (32a und 32b) des PTC-Elements 31 parallel geschaltet durch leitende Verbindungsmaterialien 33 (33a und 33b) und Widerstandswerkstoffe 34 (34a und 34b).
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Wenn also bei dem Temperaturschalter dieser bevorzugten Ausführungsform die Festkontakte 18 (18a und 18b) überbrückt sind, fließt Strom über den Anschluss 16 (16a und 16b) in einem externen elektrischen Schaltkreis. Wenn allerdings die Innentemperatur über die vorbestimmte Temperatur hinaus ansteigt, wird das Bimetallelement 22 (oder 27) umgestellt, und die Festkontakte 18 werden voneinander getrennt, so dass die Spannung zwischen den paarweisen Anschlüssen 16 (16a und 16b) an das PTC-Element 31 gelangt.
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Somit erzeugt das PTC-Element 31 Wärme, das Bimetallelement 22 (oder 27) bleibt durch diese entstandene Wärme umgestellt, und der Temperaturschalter-Hauptkörper wird von sich aus in seinem Zustand gehalten.
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Dieser Selbsthaltezustand bleibt solange erhalten, bis der Stromfluss in der externen elektrischen Schaltung zwangsgesperrt wird, die von den paarweisen Anschlüssen 16 (16a und 16b) an das PTC-Element 31 angelegte Spannung verschwindet und die Innentemperatur unter die vorbestimmte Temperatur abfällt.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie oben erläutert wurde, kann der Temperaturschalter gemäß der Erfindung in sämtlichen Industriezweigen eingesetzt werden, die einen Schalter zum Fühlen von Temperatur und Überstrom sowie zum Abschalten von Strom benötigen.
