DE1930952B2 - Temperaturempfindliches element - Google Patents

Description

I 2 J

Die Erfindung betrifft ein temperaturempfindliches, Wärmeberührung zwischen Fühler und Wicklung, und

als Motorschutzfühler verwendbares Element mit durch die flache Ausbildung des Fühlers sind Hohl-

einem in ein Fenster einer Isolierplatte eingesetzten räume praktisch ganz ausgeschaltet, so daß der FUh-

flachen Widerstandskörper aus Material mit nicht ler mit entsprechender Geschwindigkeit dem Tempe-

linearer Widerstandstemperaturkennlinie und beid- 5 raturanstieg der Wicklung folgen kann,

seitig die Isolierplatte im Bereich des Widerstands- Bekannt ist im übrigen auch ein temperaturemp-

körpers überdeckenden Metallschichten, welche mit findliczies, flaches Element, bei dem ein dünner,

Zuleitungen versehen sind. fester Elektrolyt von einer dünnen Schic.it eines Iso-

Die bisherigen Bemühungen zur Reduzierung der liermaterials umrahmt ist und die Elektroden aus zwei Abmessungen von zylindrischen Thermistoren als io den Elektrolyten abdeckenden, elektrisch vonein-Motorschutzfühler waren unzweckmäßig. Thermi- ander getrennten, dünnen Schichten oder Folien gestoren mit verschiedenem Durchmesser bewirken bildet sind. Der Elektrolyt ist dabei in ein Fenster nämlich einen unregelmäßigen und schlechten einer Isolierplatte eingesetzt, die beidseitig von Warmekontakt mit den zugehörigen Motorwicklun- Metallfolien abgedeckt ist. Die letzteren sind an den gen. Insbesondere ist zu beachten, daß die Leer- 15 Randzonen der Isolierplatte verklebt und gegeneinräume zwischen den Thermistoren und den Wick- ander isoliert (deutsche Auslegeschrift 1038 305).
lungen von unregelmäßigen Abmessungen und un- Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichretielmäßigei Form sind. Dieses unregelmäßige und nungen näher erläutert. Es zeigt
unbestimmte Ausmaß der Berührung zwischen den F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs-Thermistoren und den Wicklungen ergibt wesent- 20 gemäßen Motorschutzfühlers in Draufsicht in stark liehe Unterschiede hinsichtlich der Fähigkeit der vergrößerter Darstellung,

Thermistoren, einem bestimmten Verlauf des Tem- Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

peraturanstieges iii den Motorwicklungen zu folgen, F i g. 3 eine Kurvendarstellung der Temperatur als

was als »Streueffekt« bekannt ist. Während die Funktion des Widerstandes eines erfindungsgemäß

Massenreduzierung bekannter Thermistoren allge- 25 verwendeten M-jtorschutzfühlers,

mein die Fähigkeit der Thermistoren steigerte, einem Fig. 4 und 5 Schnitte nach den Linien 4-4 bzw.

schnelleren Temperaturanstieg im Motor zu folgen, 5-5 der Fig. 1,

wurde hierdurch bei diesen Ausführungsformen von F i g. 6 die Einbettung eines Motorschutzfühlers Thermistoren auch der Streueffekt erhöht. Wenn nach F i g. 1 bis 5 zwischen Motorwicklungslagen,
beispielsweise ein solcher Thcmistor in seiner Masse 30 F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Zuschnitt der reduziert wird, so zeigt er allgemein die Fähigkeit, Außenschichten mit aufgedampften Metallschichten, einem schnelleren Temperatur?, stieg in einer Motor- Fig. 8 eine Draufsicht auf die Mittelschicht eines wicklung zu folgen. Wenn dieser Thermistor jedoch erfindungsgemäßen Motorschutzfühlers,
in anderen Motoren der gleichen Ausbildung und Fig. 9 eine Kurvendarstellung der Zeitkonstante Größe angeordnet wird, so kann er ein wesentlich 35 als Funktion d?s Verhältnisses der Wärmesammeianderes Vermögen zeigen, den Temperaturanstiegs- fläche eines erfindungsgemäßen Motorschutzfühlers geschwindigkeiten in den Wicklungen zu folgen. Diese zur Thermistormasse.

Unterschiede ergeben sich aus den Unterschieden in Im folgenden wird im Zusammenhang mit der dem Ausmaß der Wärmeberührung zwischen dem Konstruktion des Motorschutzfühlers auf die F i g. 1 Thermistor und der Motorwicklung in den ent- 40 bis 5, 7 und 8 verwiesen. Dieser Fühler hat einen sprechenden Anordnungen. Somit können Thermi- Thermistor 1 in Form einer kleinen Pille halbleitenstoren der gleichen Form mit einer Masse von etwa den Materials mit einem bestimmten positiven oder 40 mg bei tatsächlicher Anbringung in Motorwick- negativen Widerstandstemperanirkoeffizienten. Vorlungen Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten in der zugsweise ändert sich bei einem solchen Thermistor Wicklung von 12ⁿ C/sec bis etwa 19 C/sec folgen, 45 der Widerstand R über einen bestimmten Bereich seiwobei sich ein Streueffekt von etwa 7° C ergibt. ner Temperatur T schneller als in einem anderen Wenn Thermistoren dieser gleichen Form hinsieht- Temperaturbereich (s. F i g. 3). Geeignete Stoffe zur lieh ihrer Masse auf etwa 10 mg reduziert und in den Erzielung dieser Charakteristik sind beispielsweise gleichen Motorwicklungen angebracht werden, kön- ein mit Lanthanid dotiertes Bariumtitanat (BaTiO₁), nen die Thermistoren Temperaturanstiegsgesclnvin- 50 Barium-Strontium-Titanat (BaSrTiO₃), Barium-Bleidigkeiten von 22' C/sec bis etwa 35 C/sec folgen, Titanat (BaPbTiO₁) od. dgl. Die Abmessungen des wobei sich ein Streueffekt von etwa 13 C'scc ergibt. Thermistors sollten so klein wie möglich sein, um

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde. eine geringe thermische Trägheit zu erzielen, die einen Mniorschutzfühlcr zu schaffen, bei dem eine sich jedoch gemäß den elektrischen Parametern eines gute Wärmeberührung mit Motorwickltingen unter 55 Motorsteuersystems etwas ändert, in welchem der weitgehender Ausschaltung von Leerräumen erreich- Thermistor als Temperaturfühler dient. Als Beispiel bar ist. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs er- sei eine Pille von 1,2 mm Länge und 1,75 mm Durchwähnten Element gemäß der Erfindung dadurch er· messer genannt. Geeignete Bereiche für diese Abzielt, daß die Isolierplatte als flexible, dünne Mittel- messungen erstrecken sich von 1 bis 1,5 mm für die schicht ausgebildet ist und die Metallschichten auf 60 Länge und von 1,2 bis 2 mm für den Durchmesser,
flexiblen, isolierenden Außenschichten aufgedampft Der Thermistor 1 ist in einer kleinen Aussparung 3 sind, welche die Mittelschicht überdecken und in einer dünnen folienartigen Mittelschicht 5 aus tsolier-Randbereichen mit dieser verbunden sind, und daß material gehalten. Dieses Material muß den wesentdie den beiden Außenschichten zugewendeten Stirn- lieh höheren Temperaturen widerstehen können, die flächen des SViderstandskörpcrs sehr klein gegenüber 65 infolge einer Überhitzung des Motors hierauf einden Oberdeckungsflächen der Metallschmelzen sind. wirken können. Ein bevorzugtes Material ist ein Ein solcher Mntorschiitzfühler ergibt eine große Polyamidharz. Andere brauchbare Stoffe sind PoIy-Wärmcberiilming zwischen Fühler und Wicklung und äthylen-Tercphtalat oder fluorinierter aliphalischer

Kohlenwasserstoff, insbesondere Tetrafluorethylen, Eine entsprechende Dicke für die dünne Miltelschich/ 5 liegt im Bereich von 5 bis 15 · 10-s mm. Zwei äußere, folienartige Außenschichten 7 (Fig. 1, 2) aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material weisen den gleichen Dickenbereich auf. Diese Außenschichten werden aus symmetrischen Hälften 7' eines Zuschnittes S (Fig. 7) gebildet, welcher danach nur eine Faltlinie 9 aufweist, so daß die Hälften 7' die Außenschichten 7 (Fig. 1, 2) bilden.

Die Außenschichten 7 haben einen schmalen Steg 11 und einen Kopfteil 13 (in dem ungefalteien Zustand gemäß Fig. 7 mit 11' bzw. 13' bezeichnet). Vor der Faltung des Zuschnittes5 (Fig. 7) wird darauf ein Paar getrennter dünner Auflagen 15 aus elektrisch leitendem und wärmebeständigem Material, vorzugsweise aus Kupfer, aufgedampft, die im folgenden als Metallschichten bezeichnet werden. Die entsprechende Dicke für jede Metallschicht 15 liegt im Bereich von 1 bis 1,9 · 10"² mir. Der Dampfniederschlag kann in bekannter Weise mit Hilfe einer Schablone erfolgen.

Die Mittelschicht 5 hat gemäß F i g. 8 die gleiche allgemeine Form wie eine Hälfte des Zuschnitteso gemäß F i g. 7 und weist so einen verbreiterten Kopfteil 14 und einen schmalen Steg 16 auf. Die Mittelschicht 5 ist sandwichartig zwischen die Außenschichten 7 eingelegt und schließt am Rand mit diesem ab, wenn die Außenschichten 7 auf der Faltlinie 9 gefaltet sind. Die Mittelschicht 5 wird dann zu einer inneren Isolierschicht zwischen den Metallschichten 15, die auf den Außenschichten 7 angebracht sind (Fig. 1, 2,7).

Die Schichten 5, 7 werden miteinander rund um die Metallschichten J 5 herum verbunden. Ein günstiges Verrjindungsmaterial ist ein heilisiegelbarer, fkiorinie^rter, aliphatischer Kohlenwasserstoff.

Jede durch Dampfniederschlag hergestellte Metallschicht 15 weist einen Steg 17 auf, welcher zwischen dem Steg 16 der Mittelschicht 5 und dem Steg 11 der einen Außenschicht 7 sandwichartig eingeschlossen ist. An einem Ende der einzelnen Stege 17 ist ein größeres Kopfteil 19 angeordnet, welches an einem Ende des Thermistors 1 angelötet ist. Ein Durchmesser von etwa 12,5 mm für jedes Kopfteil ist angemessen. Ein geeignetes Lot ist ein aus Gold und Zinn bestehend·:? Eutektikum mit einem Gehalt von 80°/o Gold und 2O°/o Zinn.

Ferner sind Leiterstreifen 25 von stabilerer Ausbildung als die Metallschichten 15 mit den Stegen 17 ,so durch ein Schweißverfahren vorverbunden, die eine Zerstörung der dünnen Metallschichten 15 vermeiden. Die Leiterstreifen 25 ermöglichen die Anbringung gelöteter Anschlußverbindungen mit Anschlußenden 21 von Runddrähten 23, die zu einer Steuerschaltung gehören.

Wenn ein Motor eine unzulässige Temperatur erreicht, so erhalten die Anschlußenden 21 der isolierten Runddrähte 23 ein Spannungssignal vom Thermistor 1. Entsprechend einem solchen Signal trennt die Steuerschaltung über Relais den Motor von seiner Energiequelle. Weitere Einzelheiten der erforderlichen Schaltung sind nicht veranschaulicht, da sie an sich bekannt sind.

Eine durch Wärmeschrumpfung aufgebrachte Schutzhülse 27 überfängt die Verbindungsstellen zwischen den Stegen 17 und den Anschlußenden 21. Diese Schutzhülse umgibt den Endteil der Isolation der Riinddrühte 23 sowie die Endleile der Stege 11, 16. Ein bevorzugtes Materia! für diese Schutzhülse ist querverbundenes, vorgedehntes Polyäthylen-Terephtalat, Vor der Herstellung der Drahtverbindungen mit den Stegen 17 wird die Schutzhülse 27 über die Isolation der Runddrähte 23 zurückgeschoben. Danach werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlußenden 21 und den Leiterstreifen 25 hergestellt. Die Schutzhülse 27 wird alsdann in die Endlage geschoben und anschließend erhitzt. Dies bewirkt eine Schrumpfung zur Bildung eines dicht anliegenden, abgedichteten Mantels rund um die Verbindung zwischen den Anschlußenden 21 und den Leiterstreifen 25. Andere querverbundene, gedehnte und danach zu schrumpfende Stoffe für die Schutzhülse sind Polyamidharze.

Der oben beschriebene Motorschutzfühler hat verschiedene Vorteile, die sich insbesondere aus F i 3. 6 ergeben. Der Fühler befindti sich gleich einem Blatt flach und flexibel zwischen Lagen 29 isolierter Moiorwicklungen. Auf diese Weise kann ohne Rücksicht auf die vergleichsweise geringe Masse des Thermistors 1 ein wirksamer Wärmetausch bei unterschiedlichen Motorwicklungen erreicht werden. Allgemein ist eine Erhöhung des Verhältnisses der durch die Kopfteile 13, 14, 19 gebildeten Wärmesammelfläche zu der Wärmekapazität des zu beheizenden Thermistors günstig. Wenn die Wärmesammelflächen zu klein sind, so nimmt der Thermistor nicht genügend Wärme auf, um seine Temperatur so schnell ansteigen zu lassen, wie dies notwendig ist, um der schnell ansteigenden Wicklungstemperatur zu folgen und eine Überlastung zu verhindern. Gute Ergebnisse werden beispielsweise durch Verwendung eines Thermistors 1 mit einem Durchmesser von etwa 1,75 mm und einer Längt von 1,2 mm bei Verwendung zwischen leitenden Kopftteilen 19 mit einem Durchmesser von etwa 12 mm in Sandwichanordnung zwischen isolierenden Kopfteilen 13, 14 erzielt, die einen Durchmesser von etwa 28 mm aufweisen.

Durch die flexible flache Konstruktion des Motorschutzfühlers nach der Erfindung wird eine umfangreiche und mehr zusammenhängende Wärmeberührung zwischen dem Thermistorfühler und einer Motorwicklung erhalten, wie sich aus F i g. 6 ergibt. Bei dem erfindungsgemäßen Fühler sind Änderungen in Form und Größe der Leerräume an den Zwischenflächen-Anlagestellen zwischen dem flachen Motor-"> chutzfühler und der Motorwicklung minimal und ermöglichen eine gleichförmigere Wärmeberührung zwischen dem Fühler und den Wicklungen von Einbnu zu Einbau. Als Ergebnis zeigt der Thermistor nach der Erfindung einen wesentlich geringeren Streueffekt und kann leichter einer Motorwicklung angepaßt werden und rascher einem schnellen Windungstemperaturanstieg folgen, um so einen Schutz der Motorwicklung zu gewährleisten.

Aus F i g. 9 ergibt sich die verstrichene Zeit bis zum Ansprechen auf ein Signal (als Zeitkonstante bezeichnet) als Funktion des Verhältnisses der wärmeaufnehmenden Thermistorfläche zur Thermistormasse. An einem Punkt F ist veranschaulicht, welches Ergebnis aus einem gemäß dem Stand der Technik zu erzielenden Verhältnis zu erwarten ist, nämlich eine Zeitkunstante in der Größenordnung von etwa 2,2 Sekunden, wobei die Frage des Streueffektes unbeachtet bleibt. An einem Punkt G ist das

oiit einem etfltiduiigsgernäßen Fühler zu erwartende Ergebnis veranschaulicht, tiarnlich eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 1,2 Sekunden. Dies wird ohne oder mit geringer Streuung erreicht. In beiden Fällen erstreckt steh def erzielbare Schutt auf Motorwicklungen mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit bis zu 35° C/sec.

Aus F i g. 9 ergibt si'Jh auch, däri in vorteilhafter Weise die schnellere Zdtkoristante O bei einer nicht zu geringen Thermtstorrnasse erreicht wird. Je klei- to ner ein Thermistor ist, desto kleiner ist der wärmeleitende Querschnitt an der damit zusammenhängenden Lötverbindung. Bei zu geringen Abmessungen wird es schwierig, eini zufriedenstellende Lötung oder Wärmeverbindung und eine stromleitende Verbindung dazu herzustel en. Die isolierende Drosselwirkung auf die Wärmeleitung trägt zu der größeren Zeitkonstante am Punkt F bei. Somit liegt hier ein Minimum hinsichtlich einer geringen Wärmeträgheit vor. weiche dem Thermistor 1 verliehen werden ao könnte.

Zusätzlich zu den obenerwähnten Vorteilen ist der Erfindungsgegenstand hersteilungsmäßiß vorteilhaft Es ist einfach, die perforierte zentrale Mittelschicht 5 in der Form gemäß F i g 8 auszustanzen. Die Außenschichten 7 können vor dem Falten längs der Faltlinie 9 ebenfalls aus einer flachen Folienhahn au«; Isoliermaterial mit den beiden Hälften 7' einschließ lieh der Stege II' ausgestanzt werden, welche nach dem Falten zu den Außenschichten 7 mit den Stegen II werden. Die Metallschichten 15 werden durch Dampfniederschlag auf den H;ilften T (vor deren Faltung) in zwei spiegülsymmetrisch angeordneten Bereichen gemäß Ft g 7 aufgebracht. Die Leiterstreifen werden alsdar.n an die Stege 17 angeschweißt Die *o gebildeten Teile können danach an ihren Rändern mit Klebstoff bestrichen und längs der FaIt linie 9 gefaltet werden, um so die Mittelschicht 5 nach Finsetzen des Thermistors in die Aussparung J sanrlw ichartig zu umgeben. Durch Wärme wird dann der Klebstoff gehärtet.

Die durch Wurme schrumpfbare Schutzhülse 29 wird dann in chemisch querverbundenem und gedehnicm Zustand auf die Außenseite der Runddrähte 23 bis hinter di<: Anschlußenden 21 aufge- dreht, bevor irgendeine Verbindung zwischen dieser Anschlußenden und den Leiterstreifen 25 hergestellt wird. Danach werden Lötverbindungen zwischen den Anschlußenden 21 und den Leiterätreifen 25 hergestellt. Die Schutzhülse 27 wird alsdann in die Lage gemäß Fig. 1, 2 geschoben. Danach wird sie durch Anwendung von Wärme in den dargestellten Abd ich »zustand geschrumpft und dichtet die Verbindungen wirksam ab.

Die dünnen länglichen Stege ii, 16. 17 trennen die Kopfteile 13. 19 weit von der beträchtlichen Materialmasse an der Verbindung zwischen den Leiterstreifen 25 und den Anschlußenden 21. Diese Verbindung sowie die angeschlossenen Drähte können außerhalb oder nahe "der Außenseite der Motor- fin wicklungen liegen, zwischen deren Lagen der empfindliche Teil des Schutzfühlers angeordnet ist. Somit könnten die Verbindung und der Draht der Umgebungstemperatur, im Unterschied zu den Wicklungen, ausgesetzt sein und hätten das Bestreben Wärme aus den Kopfteilen 13,19 aufzunehmen ode: dorthin abzugeben, wodurch die Zeitküristante ge ändert würde. Die dünnen länglichen Formen dei Stege vermindern diese Wirkung durch Reduzierunj des Querschnitts und Verlängerung des wärmeleiten den Weges, was eine Drosselung des Wärmeflusse! auf diesem Weg bedeutet.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Temperaturempfindliches, als Mo'orsrbii'»- fühler verwendbares Element mit einem in cir Fenster einer Isol'erplatte eingesetzten flacher Widerstandskörper aus Material mit nicht liiv.irei Widerstandstemperatiirkennlinie und bnikciiii die Isolierplatte im Bereich des Widerstandskör pers überdeckenden Me'alNihichtcri. welche mi Zuleitungen versehen sind, d a d u r c h g e k e η η ■ zeichnet, daß die Isolierplatte (5) als flexible dünne Mittelschicht ausgebildet ist und die Me tallschichten (15) auf flexiblen, isolierend *r AiifVnschichten (7) aufgedampft sind, welche die Mittelschicht (5) überdecken und in Randberei chcn mit dieser verbundin sind, und daß die der beiden Außenschichten (7) zugewendeten Stirn flächen des Widerstand ^körpers (1) sehr kleir gegenüber den Überdeck imgsflächcn der Metall schichten (15) sind.

2. Flemcnt nach Anspruch 1. dadurch gekinn zeichnet, daß die Metallfolien (15) einen läng liehen Steg (17) aufweisen, welcher bis zu einen der Anschlüsse reicht und entgegengesetzt hier von einen verbreiterten Kopfteil (19) aufweisen und daß die Außenschichten (7) einen Steg (11 entlang dem Steg (17) haben und durch einer Kopfteil (13) abgeschlossen sind, der wesentlich größer als der Kopfteil (19) der Metallschicht Π 5' ist und diesen überdeckt.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurc! gekennzeichnet, daß die Außenschichten (7) au« einem gemeinsamen Zuschnitt (S) durch Falter gebildet sind.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Mitteischich¹ (5) und die Außenschichten (7) aus Polyamid harz hergestellt sind.

5. Flement nach einem der vorhergehender Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet. daC die leitende Verbindung zwischen den Metall· folien (15) und den freiliegenden Teilen dei Thermistors (1) aus einem eutektischen Gold Zinn-Lot bestehen und der Thermistor (1) auf Bnriumtitanat in Form einer Rille mit einei Lange von 1 bis 1,5 mm und einem Durchmesse! von 1.25 bis 2 mm besteht.

6. Element nach einem der vorhergehender Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet. daC eine aufgeschrumpfte isolierende Schutzhülse (27' clic Anschlüsse an die Zuleitungen sowie die Enden der Aiißenscnicht umgibt.

7. Element nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (27) die Endteile der Stege (11) umgibt.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunecn