DE1563878A1

DE1563878A1 - Thermische Sicherung unter Ausnutzung einer elektrisch leitenden Pille

Info

Publication number: DE1563878A1
Application number: DE19661563878
Authority: DE
Inventors: Ebensteiner Gerald Frank; Rusinyak Gregory Joseph
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1965-04-07
Filing date: 1966-04-05
Publication date: 1970-05-21
Also published as: US3274361A; FR1475274A; GB1078245A

Description

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Beschreibung zum Patentgesuch

der United-Oarr Incorporated, Cambridge, Massachusetts/U.S.A.

betreffend:

"Thermische Sicherung unter Ausnützung einer elektrisch

leitenden Pille»

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Anordnungen zur Unterbrechung von Stromkreisen und betrifft im einzelnen eine thermische Sicherung unter Ausnützung einer temperaturempfindlichen Pille aus elektrisch leitendem Material.

Es gibt eine Anzahl von fällen, in denen es notwendig oder zumindest wünschenswert ist, daß ein Stromkreis geöffnet wird, wenn eine zu hohe oder unnormale Temperatur beobachtet wird ο Dies dient dazu, temperaturzerstörbare Einrichtungen vor Beschädigung in der Umgebung, wo die Schutzanordnung eingebaut ist, zu schützen. Z.B. kann es notwendig sein, für den angemessenen Schutz einer elektrischen Einrichtung, wie eines Motors, zu sorgen, wobei eine solche Einrichtung abgeschaltet wird, wenn sie überhitzt wird. Oder,als ein weiteres Beispiel,ist es notwendig, den Pumpvorgang von flüssigem Treibstoff sofort zu unterbrechen, wenn ein Feuer ausbricht.

Dementsprechend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine thermische Sicherung höchster Zuverlässigkeit für die Unterbrechung eines elektrischen Stromkreises, in dem sie angeordnet ist. -Insbesondere hat die Erfindung das Ziel, Sperren vorzusehen mit der Wirkung, daß eine Wiederherstellung oder Wiedererrichtung eines elektrischen Pfades

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verhindert wird, wenn einmal die zu hohe Temperatur erreicht worden ist· Daher ist eine Sperrvorrichtung in die Sicherung eingebaut, die nach den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, so daß eine "Rückbrücke" durch das geschmolzene Sicherungsinaterial nicht eintreten kann.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist eine thermische Sicherung, wie oben beschrieben, die in jeder Lage arbeiten kann. Infolgedessen ist es notwendig, bei dem Einbau der thermischen Sicherung besorgt zu sein, da sie unabhängig von der jeweiligen Stellung, in der sie montiert ist, arbeitet.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine thermische Sicherung, die direkt in den Primärkreis des Gerätes geschaltet sein kann, das sie kontrolliert und die Benutzung von Relais nicht notwendig macht.Anders ausgedrückt, die Erfindung faßt eine thermische Sicherung ins Auge, die relativ hohen Strom führen kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine thermische Sicherung, die leicht zusammengebaut werden kann und keine engen Toleranzen erfordert außer denen, die notwendig sind, um die erforderliche Sperrsicherung für den jeweils geforderten Grad der Zuverlässigkeit zu erzielen, der bei der einzelnen Anwendung erforderlich ist. Im einzelnen sind die Längsabmessungen unkritisch,^w@S^eS^en' die radialen Abmessungen kontrolliert werden müssen innerhalb des Bereiches, der für den jeweiligen Grad der Sperrsicherheit gefordert ist. >

Schließlich ist ein anderer Gegenstand der Erfindung eine thermische Sicherung, die dank der einfachen Konstruktion der Einzelteile, aus denen sie aufgebaut wird, billig in der Herstellung ist»

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BAD ORIGINAL

Diese und andere Gegenstände und Vorteile unserer Erfindung werden klarer erscheinen nach der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche oder ähnliche Teile aller Ansichten beziehen und worin:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mittellinie der thermischen Sicherung zeigt, die die Erfindung beispielsweise darstellt; diese Ansicht zeigt die Sicherung, bevor die Sicherungspille geschmolzen wird, und

Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. zeigt, wobei jedoch die Lage der Teile dargestellt istj nachdem die Pille eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, welche sie zum Schmelzen bringt und den Stromkreis zu unterbrechen gestattet.

Im einzelnen auf die Zeichnung bezugnehmend, weist die thermische Sicherung ein metallisches Gehäuse oder eine Umhüllung auf mit einem geschlossenen Ende 12 und einer zylindrischen Seitenwand 14· Die zylindrische Seitenwand weist bei 16 einen Ansatz auf und hat einen eingedrehten oder gebördelten Flansch 18 an dem dem geschlossenen Ende 12 abgewandten Ende,

In dem Gehäuse 10 ist nahe dem geschlossenen Ende 12 eine schmelzbare Pille ^-geschlossen eines geeigneten elektrisch leitenden Materials für die maximale Umgebungstemperatur, die für das Gerät, das geschützt werden soll, zulässig ist. Ist z.B. die zulässige Temperatur von der Größenordnung 155° C₉ so erweist sich Indium als sehr befriedigend . Natürlich können verschiedene Legierungen

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benutzt werden, und dabei kann eine Stromkreisunterbrechung bei der richtigen Temperatur erreicht werden«

Mit der Bezugsnuramer 22 ist allgemein ein bewegliches Kontaktelement bezeichnet, das einen flachen Kopf 24 und einen mit diesem einstückigen Schaft 26 aufweist. Ein Muffenteil, im allgemeinen mit der Nummer 28 bezeichnet, weist ein rohrförmiges Sperrteil 30 auf, das den Schaft 26 umfaßt, wobei vorzugsweise nur gerade ein ausreichender Spalt zwischen Schaft und TeLl 30 vorgesehen ist, um eine freie gleitende Bewegung des Schaftes relativ zu dem Teil 30 zu erlauben, wenn die Pille 20 schmilzt. Das Muffenteil 28 besitzt außerdem einen sich radial erstreckenden Plansch 32, der zwischen dem rohrförmigen Sperrteil 30 und einem rohrförmigen Teil 34 mit einem größeren Durchmesser einen Ansäte formt. Schließlich ist am freien Ende des größeren Durchmesserteils 34 ein auswärts gerichteter Plansch 36 vorgesehen, der gegen den Ansatz 16 der zylindrischen Seitenwand 14 drückt. Tatsächlich ist das zylindrische Teil 34 in die zylindrische Seitenwand 14 eingepreßt, und es ist der Plansch 36, der in der Längsrichtung die Lage des Muffenteiles 28 innerhalb des Gehäuses 10 bestimmt. Eine ringförmige Schneide 38 ist auf dem Plansch 36 angebracht und erfüllt eine Aufgabe, die unten beschrieben wird.

Das rohrförmige Teil 34 mit dem größeren Durchmesser, das in etwa becherförmig ist, enthält eine Gummibuchse 40 mit einer kleineren Bohrung 42 und einer größeren Bohrung 44· Man erkennt jetzt, daß während des Zusammenbaues die ringförmige Schneide 38 durch einen Teil der Gummibuchse 40 schneidet, so daß ein ringförmiger Plansch 46 abgetrennt wird, der eine wirksame Feuchtigkeitsdichtung an diesem Ende des Gehäuses 10 darstellt«

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Wenn nun der genaue Aufbau des festen Kontaktelementes beschrieben wird, das durch das Bezugszeichen 48 gekennzeichnet ist, wird ersichtlich, daß dieses Element eine Vielzahl voneinander räumlich.getrennter Finger 50 aufweist, die einstückig mit dem Schaft 52 verbunden sind_g

Ein gegen hohe Temperaturen beständiger Isolator 54 aus geeigne-tem Plastik- oder Keramikmaterial umgibt den Schaft 52 und erstreckt sich etwas vom rechten Ende des Gehäuses 10 weg. Daher ist der Flansch 18 gegen den Isolator während des Zusammenbaus gekrimpt oder gerollt, so daß das Auseinanderfallen der Teile innerhalb des Gehäuses 10 verhindert ist*

Ein zusätzliches Muffenteil 56 weist ein rohrförmiges Spenbeil 57 und einen radial gerichteten Flansch 58 auf«. Das rohrförmige Sierrteil 57 umfaßt das vorher beschriebene Sperrteil 30 und hat nur ein geringes Spiel in bezug darauf, was dem Muffenteil 56 sich relativ zu dem Muffenteil 28 zu bewegen erlaubt. In anderen Worten, es existiert nur ein Gleitsitz zwischen den rohrförmigen Sperrteilen 30 und 57· Eine Schraubenfeder 60 liegt mit ihrem einen Ende gegen den Flansch 58 an und mit ihrem anderen Ende gegen den Flansch oder Ansatz 32. Infolgedessen spannt die Schraubenfeder 60 das bewegliche Eontaktelement 22 gegen die schmelzbare Pille 20 vor, und zwar in einer Richtung, daß der Schaft 26 von dem festen Kontaktelement 48 weggedrückt wird. Im einzelnen wirkt das freie Ende des Schaftes 26 nur reibend mit dem Kontaktelernent 48 über dessen federnde Finger 50 zusammen,, Wenn die Pille 20 genügend geschmolzen ist, bewegt sich der Schaft 26 unter dem Einfluß der Schraubenfeder 40 nach links, so daß die Kontaktelemeirte 22 und 48 getrennt werden.

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Eb ist festzustellen, daß der vergrößerte Kopf 24 des beweglichen Kontaktelementes 22 einen Durchmesser besitzt, der kleiner iat als der Durchmesser der Bohrung des Gehäuses 10. Daher existiert ein ringförmiger Raum, der als ein Weg für den Fluß des Materials 20 wirkt, wenn es infolge genügender Temperaturerhöhung flüssig wird. Der Raum rechts des Kopfes 24 stellt eine Kammer oder einen Hohlraum 62 geeigneter Größe dar, um alles Material, aus dem die Pille 20 besteht, aufzunehmen. Demgemäß wird das Material, das die Pille 20 darstellt, von seiner ursprünglichen Lage entfernt und fließt in die Kammer 62. Nach der vorhergehenden Beschreibung ist offensichtlich geworden, daß ein äußerst enger Weg für das fließende Material vorliegt infolge des engen Sitzes der Sperrteile 57 und 30«, Sogar wenn etwas geschmolzenes Material zwischen diese Sperrteile eintritt, muß es immer noch den sehr engen Spalt zwischen dem Schaft 26 und dem Sperrteil 30 überwinden. Weiterhin stellt die Tatsache, daß die Gummibuchse 40 eine kleinere Bohrung 42 aufweist, die unausgedehnt etwas kleiner sein kann als der Querschnitt des Schaftes 26, einen weiteren Widerstand für alles Material dar, das in die größere Bohrung 44 der Buchse 40 eindringt. Daher ist es tatsächlich unmöglich, daß etwas von dem Material, aus dem die Pille 20 besteht, in den Bereich zwischen den Kontakt element en 22 und 48 eindringt. Auf diese V/eise ist die Sicherheit gegeben, daß keine "Rückbrücke" auftritt, die den elektrischen Pfad wiederherstellt, der normalerweise zwischen den Kontaktelementen 22 und 48 besteht.

Obwohl nicht von Bedeutung für die Anwendung der _l Erfindung, zeigt die Zeichnung einen ersten Leiter 64 mit einem knopfartigen Kopf oder Plansch 66 daran, der an das geschlossene Ende 12 des Gehäuses 10 geschweißt oder gelötet ist. In etwa gleicher Weise ist ein zweiter Leiter 68 mit dem Schaft 52 des festen Kontaktes 48 verbunden oder an diesem befestigt, wobei ein Teil des Leiters von dem Isolator 54 umgeben ist*

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Bel der Anwendung sind die Leiter 64·» 68 mit dem Stromkreis des elektrischen Gerätes verbunden, das jenachdem geschützt oder ausgeschaltet werden soll, und wenn die Pille 20 infolge Erreichens einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, überwiegt die Vorspannung der Feder 60, bo daß das bewegliche Kontaktelement 22 nach links gedrückt wird» In anderen Worten, das bewegliche Kontaktelement gleitet von.der Lage, die es in Fig« 1 einnimmt, in die, die in Fig« 2 dargestellt ist, wobei das Kontaktelement von dem Kontaktelement 48 getrennt wird. Wie man aua Pig. ersieht» ist der Schaft 26 nicht mehr im Bereich der federnden Finger 50» und der Stromkreis ist vollständig unterbrochen.

Obwohl nicht hierin beschrieben, kanu vorausgesetzt werden, daß verschiedene Teile der thermischen Sicherung nach der vorliegenden Erfindung in angemessener Weise galvanisiert sind.

Demgemäß fließt der Strom durch die thermische Sicherung normalerweise von dem Leiter 64 zum anderen Leiter 48 durch die Pille 20, und er tut es nicht mehr, wenn die Pille 20 geschmolzen ist. Infolgedessen ist vollständige Sicherheit gewährleistet, daß die thermische Sicherung ihre schützende Rolle ausfüllt.

Selbstverständlich können verschiedene Abwandlungen in der Form, den Einzelheiten, den Anordnungen und Abmessungen der Teile vorgenommen werden, ohne von dem Umfang unserer Erfindung abzuweichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen umrissen ist»

Patentansprüche »

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Claims

Patentansprüche

1) Thermische Sicherung zur Unterbrechung eines Stromkreises bei Erreichen einer vorgegebenen Umgebungstemperatur, gekennzeichnet durch ein längliches Metallgehäuse (10), in dessen Inneren an einem Ende eine Pille (20) eines elektrisch leitenden Materials mit einem Schmelzpunkt gleich der vorgegebenen Temperatur angeordnet ist, während am anderen Ende ein festes elektrisches Kontaktelement (4-8) angeordnet ist, durch ein bewegliches Kontaktelement (22) mit einem verstärkten Kopf (24)» der mit der Pille zusammenwirkt und einem Schaft (26), dessen freies Ende mit dem festen Kontaktelement zusammenwirkt, durch eine feste Muffe (28) mit einem rohrförmigen Sperrteil (30), das den Schaft nahe umfaßt, so daß dieser frei relativ zu dem Sperrteil gleiten kann, durch eine bewegliche Muffe (56) mit einem rohrförmigen Sperrteil (57), das das feste Sperrteil nahe umfaßt, und einem auf dem verstärkten Kopf aufliegenden Plansch (58), so daß das bewegliche Sperrteil frei relativ zu dem festen Sperrteil gleiten kann, und durch eine gegen den Plansch wirkende Schraubenfeder (60) zur Vorspannung des beweglichen Kontaktelementes in Richtung auf die Pille und fort von dem festen Kontaktelement, so daß die Kontaktelemente getrennt werden, wenn die Pille bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur schmilzt.

2) Thermische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Muffe (28) einen nach außen gerichteten Plansch (52) aufweist sowie ein vergrößertes becherförmiges Teil (34), das im Inneren des Gehäuses nahe dessen Ende anliegt und das feste Kontaktelement (48) enthält, während ein Ende der Schraubenfeder (60) gegen den Plansch, (32) drückt.

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3) Thermische Sicherung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine federnde Buchse (42) in dem "becherförmigen Teil (34) mit einer ersten Bohrung (42), die dichtend, jedoch noch gleitend den Schaft (26) umfaßt, und einer zweiten Bohrung (44)» die einen Teil des festen Kontaktes (48) umfaßt.

4) Thermische Sicherung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß des feste Kontaktelement (48) eine Vielzahl federnder Pinger (50) aufweist, die reibend mit dem Schaft (26) zusammenwirken.

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