DE19703758A1 - Thermische Schutzeinrichtung - Google Patents

Description

1. Thermische Schutzeinrichtung 2. Gebiet der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Schutzeinrichtung, bestehend aus einem festen Streifen mit festem Kontaktpunkt an dessen einem Ende, einem beweglichen Streifen mit beweglichem Kontaktpunkt an einer Stelle, die dem festen Kontaktpunkt entspricht, einem Bimetallstreifen, der sich, wenn eine Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, verbiegt und den beweglichen Streifen mit verformt, so daß sich der bewegliche Kontaktpunkt vom festen Kontaktpunkt löst, einer ersten und zweiten Anschlußklemme zum Anschließen des festen und des beweglichen Streifens an äußere Stromkreise und einem Heizelement, das an die erste und zweite Anschluß­ klemme angeschlossen ist.

Für eine thermische Schutzeinrichtung wird als Bimetallstreifen ein sogenannter Inversions-Bimetallstreifen eingesetzt, der bei einer bestimmten Temperatur seine Durchbiegungsrichtung ändert.

Bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur kommt es also zur Umkehr der Durchbiegungsrichtung des Inversions-Bimetallstreifens. Durch diese Inversion wird der am Bimetallstreifen zum Anliegen gebrachte bewegliche Streifen mit angehoben und verformt, wodurch sich der bewegliche Kontaktpunkt vom festen Kontaktpunkt löst. Auf diese Weise läßt sich die Stromversorgung u. ä. abschalten.

Nach dem Abschalten der Stromversorgung u. ä. sinkt die Temperatur des Bimetall­ streifens, weshalb der bewegliche Kontaktpunkt den festen Kontaktpunkt erneut berührt, und das bedeutet, daß sich der Stromkreis wieder schließt. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dies zu verhindern und den abgeschalteten Zustand aufrechtzuerhalten.

Bekannt ist eine Lösung, bei der zu diesem Zweck ein Heizelement dem mit einem festen Streifen, einem festen Kontaktpunkt, einem beweglichen Kontaktpunkt und einem beweglichen Streifen ausgeführten Schalterstromkreis parallelgeschaltet wird.

In der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 3-72940 wird ein Thermostat offenbart, bei dem ein Heizelement in Form eines Films eingesetzt wird.

Fig. 10 ist ein Querschnitt eines in dieser Veröffentlichung offenbarten Thermostaten. Hier ist unter einem festen Streifen 4 ein Heizelement 1 angeordnet. Nach dem Schließen eines Schalterstromkreises wird das Heizelement nur spärlich von Strom durchflossen. Wird jedoch der Schalterstromkreis geöffnet, so fließt Strom zu einem daraufhin Wärme erzeugenden Widerstand. Somit wird die Temperatur eines Bimetallstreifens auf einem hohen Wert gehalten, und der Schalter bleibt geöffnet.

Einerseits ist gegenwärtig eine Miniaturisierung einer thermischen Schutzeinrichtung stark gefragt. Andererseits muß die Funktion einer thermischen Schutzeinrichtung auch in niedrigeren Temperaturbereichen (z. B. bei Raumtemperatur) gewährleistet sein. Zu diesem Zweck muß eine Wärme erzeugt werden, die zum Erwärmen des Bimetallstreifens auf die für ihn erforderliche Temperatur (z. B. 120°C) nötig ist.

Da jedoch solche thermischen Schutzeinrichtungen mit dem Vermögen, Wärme in ausreichender Menge zu erzeugen, in Gehäusen mit kleinem Innenraum und bei einer relativ hohen Umgebungstemperatur eingesetzt werden, besteht die Tendenz, daß zuviel Wärme erzeugt wird.

3. Gegenstand und zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine thermische Schutzeinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe die Erzeugung von überschüssiger Wärme im Inneren verhindert werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, zur wirksamen Erwärmung des Bimetallstreifens bei Ausnutzung einer nur geringen Wärmemenge für die Aufrechterhaltung der Durchbiegungsumkehr des Bimetallstreifens den Wärmekontakt zwischen einem Heizelement und einem Bimetallstreifen zu verbessern.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß ein weichelastisches Heizelement genutzt wird und dieses so angeordnet wird, daß es stets am Bimetallstreifen anliegt, so daß es sich mit dem Bimetallstreifen zusammen verbiegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Heiz­ element aus einem weichelastischen Widerstand in Form eines Films und einem weichelastischen Isolierfilm, mit dem der Widerstand beidseitig überzogen ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung der Temperatur um das Heizelement herum mindestens eine Oberfläche des Heizelements mit einer Metallfolie beschichtet.

Da das Heizelement weichelastisch ist, kann es sich bei Änderung der Durchbiegungs­ richtung des Bimetallstreifens entsprechend dieser Formänderung verbiegen. Dadurch kann also der Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Bimetallstreifen aufrecht­ erhalten werden.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• (1) Die entstehende Wärmemenge konnte im Vergleich zur thermischen Schutz­ einrichtung des Standes der Technik reduziert werden. Bei einigen Ausführungen, die dem Stand der Technik entsprechen, konnte bei einer höheren oder niedrigeren Temperatur kein Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Bimetallstreifen gewährleistet werden.
• (2) Obwohl der Bimetallstreifen und das Heizelement aneinander anliegen, wird die Änderung der Durchbiegungsrichtung aufgrund der Flexibilität des Heizelements nicht behindert. Da die Erzeugung von Wärme in ausreichendem Maße erfolgt, wird es kaum zu einer übermäßigen Erwärmung des Innenbereichs der thermischen Schutzeinrichtung kommen.

4. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Zeichnungen zeigen folgendes:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von einem Beispiel für ein in einer thermischen Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung genutztes Heizelement,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Beispiel des Heizelements von Fig. 1, wobei eine Seite des Heizelements zur gleichmäßigen Temperaturverteilung mit einer Metallfolie überzogen ist,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Heizelements von Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht eines Beispiels eines Bimetallstreifens,

Fig. 5 eine Draufsicht eines Beispiels eines beweglichen Streifens,

Fig. 6 eine Draufsicht eines Beispiels eines festen Streifens,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines modifizierten Beispiels des Heizelements von Fig. 1,

Fig. 8 einen Querschnitt einer thermischen Schutzeinrichtung, bestückt mit dem Bime­ tallstreifen, dem beweglichen Streifen, dem festen Streifen und dem Heizelement von Fig. 4, 5, 6 und 7, bei einer niedrigen Temperatur,

Fig. 9 einen Querschnitt einer thermischen Schutzeinrichtung von Fig. 8 bei einer hohen Temperatur und

Fig. 10 einen Querschnitt einer thermischen Schutzeinrichtung entsprechend dem Stand der Technik.

5. Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines in einer thermischen Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzten Heizelements 1 in der Perspektive.

Zu dem Heizelement gehören ein temperaturbeständiger, elektrisch leitender Kunstharzfilm 1a und ein temperaturbeständiger und elektrisch isolierender Kunstharzfilm 1b, mit dem der elektrisch leitende Kunstharzfilm 1a beschichtet ist. Bei beiden Kunstharzfilmen 1a und 1b handelt es sich beispielsweise um Polyimid-Kunstharze verschiedener Sorten, die als Kunstharzfilm unter der Bezeichnung "Kapton" im Handel erhältlich sind. Der elektrisch leitende Kunstharzfilm 1b wird zur Verwendung als Widerstand in Mäanderform geschnitten. Es ist auch möglich, daß nur eine Oberfläche des elektrisch leitenden Kunstharzfilms überzogen wird. Nur die Elektrodenabschnitte 1d und 1e an beiden Enden des leitenden Kunstharzfilms 1a sind nicht beschichtet und liegen frei. Die Dicke eines jeden Films beträgt etwa einige zig Mikrometer.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels eines Heizelements von Fig. 1, bei dem eine Seite zur gleichmäßigen Verteilung der Temperatur des Heizelements mit einer Metallfolie 1f überzogen ist.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Heizelements von Fig. 2.

Die Fig. 4, 5 bzw. 6 sind Draufsichten eines Bimetallstreifens 2, eines beweglichen Streifens 3 und eines festen Streifens 4 eines Beispiels für eine thermische Schutz­ einrichtung.

An den Enden des festen und des beweglichen Streifens 4 und 3 befinden sich die erste und die zweite Anschlußklemme T1 bzw. T2. Über diese Anschlußklemmen werden die Streifen an einen äußeren Stromkreis angeschlossen.

Nahe den anderen Enden des beweglichen und des festen Streifens 3 und 4 sind der bewegliche und der feste Kontaktpunkt C1 bzw. C2 angeordnet.

Am anderen Ende des beweglichen Streifens 3 befindet sich eine Arretierung 3a zum losen Verbinden des Bimetallstreifens.

Damit die Formen des Bimetallstreifens und anderer benachbarter Elemente mit dem Heizelement übereinstimmen, wird das Heizelement vorzugsweise vorgeformt.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Heizelements 1 von Fig. 1, bei dem die Elektrodenabschnitte so gebogen sind, daß sie an die Anschlußklemmen T1 und T2 angeschlossen werden können.

Fig. 8 ist ein Querschnitt einer thermischen Schutzeinrichtung der Fig. 4, 5, 6 und 7, ausgestattet mit dem Bimetallstreifen 2, dem beweglichen Streifen 3, dem festen Streifen 4 und dem Heizelement 1, bei einer Temperatur, die unter dem festgelegten Wert liegt. Der feste Streifen 4 und der bewegliche Streifen 3 sind mit Hilfe einer Isolierstütze 5a miteinander verbunden. Ein Ende des Bimetallstreifens 2 ist lose in der Öffnung der Arretierung 3a des beweglichen Streifens 3 arretiert, und das andere Ende ist lose in eine Aussparung zwischen der Isolierstütze 5a und einem Isolier- und Befestigungselement 5b eingesetzt. Eine aus dem Bimetallstreifen 2, dem beweglichen Streifen 3 und dem festen Streifen 4 bestehende Baugruppe wird in ein Gehäuse 6 eingesetzt und mit einem Harz 7 vergossen.

Hergestellt werden die Isolierstütze 5a, das Isolier- und Befestigungselement 5b und das Gehäuse 6 beispielsweise aus PPS (Polyphenylensulfidharz).

In der thermischen Schutzeinrichtung verläuft der Strompfad in einer Richtung über die zweite Anschlußklemme T2 (in Fig. 8 nicht dargestellt), den beweglichen Streifen 3, den beweglichen Kontaktpunkt C1, den festen Kontaktpunkt C2, den festen Streifen 4 und die erste Anschlußklemme T1 oder in umgekehrter Richtung. Beide Elektroden 1d und 1e des Heizelements 1 sind an die erste und die zweite Anschlußklemme T1 bzw. T2 angeschlossen. Bei einer niedrigeren Temperatur fließt jedoch nur ein geringer Strom durch das Heizelement.

Wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, verformt sich der Bimetallstreifen, da er nur lose befestigt ist, und dabei ändert sich das Vorzeichen der Durchbiegung des Bimetallstreifens 2.

Daraufhin wird der bewegliche Streifen 3 durch den Bimetallstreifen 2 angehoben, und der bewegliche Kontaktpunkt C1 löst sich vom festen Kontaktpunkt C2. Somit wird der Stromkreis geöffnet, und ein Strom fließt durch das Heizelement 1, so daß Wärme entsteht.

Fig. 9 zeigt die thermische Schutzeinrichtung von Fig. 8 bei einer Temperatur, die über dem festgelegten Wert liegt. Da das Heizelement, wie in Fig. 1 dargestellt, weichelastisch ist, folgt es der Verbiegung des Bimetallstreifens 2, wie Fig. 9 zeigt.

Das Heizelement 1 liegt, wie oben beschrieben, ständig am Bimetallstreifen 2 an. Folglich ist eine bessere Wärmeübertragung vom Heizelement 1 auf den Bimetallstreifen 2 gewährleistet, so daß selbst bei Nutzung einer geringen Wärmemenge der Bimetallstreifen zuverlässig in der entgegengesetzten Durchbiegungsrichtung gehalten wird.

Claims (4)

1. Thermische Schutzeinrichtung, bestehend aus:
einem festen Streifen mit einem festen Kontaktpunkt an einem Ende;
einem beweglichen Streifen mit einem beweglichen Kontaktpunkt an einer Stelle, die der des festen Kontaktpunkts entspricht;
einem sich bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur verbiegenden und den beweglichen Streifen mitverformenden Bimetallstreifen, so daß der bewegliche Kontaktpunkt vom festen Kontaktpunkt getrennt wird;
einer ersten und einer zweiten Anschlußklemme zum Anschließen des festen und beweglichen Streifens an einen äußeren Stromkreis; und
einem über die erste und zweite Anschlußklemme angeschlossenen Heizelement,
wobei das Heizelement weichelastisch und so angeordnet ist, daß es der Änderung der Durchbiegung des Bimetallstreifens folgt und stets am Bimetallstreifen anliegt.

2. Thermische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Heizelement aus einem elektrischen Widerstand in Form eines Films und einer elektrischen Isolierung in Form eines Films besteht, mit dem eine oder beide Oberflächen des elektrischen Widerstands in Form eines Films überzogen sind.

3. Thermische Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, bei der die elektrische Isolierung in Form eines Films durch eine Metallfolie überdeckt ist.

4. Thermische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Heizelement vorgeformt wird, so daß eine Übereinstimmung mit der Form des Bimetallstreifens und anderer benachbarter Elemente gewährleistet wird.