DE2139852A1

DE2139852A1 - Schaltelement mit temperaturabhaengiger schaltstellung

Info

Publication number: DE2139852A1
Application number: DE19712139852
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Karsten; Heinrich Dr Winter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1971-08-09
Filing date: 1971-08-09
Publication date: 1973-02-15

Description

Schaltelement mit t emperaturabhängiger Schaltstellung ======================================== Es sind bereits elektrische Schaltelemente bekannt, die einen Bimetallstreifen besitzen, der bei einer bestimmten Temperatur einen elektrischen Stromkreis öffnet oder schließt. Diese Bimetallstreifen zeigen bei längerer Benutzung Ermüdungserscheinungen, die zu einer Änderung der Ansprechtemperatur führen. Ausserdem läßt sich eine exakte Ansprechtemperatur nur durch Justierung erreichen, da bereits geringe Schwankungen in der Dicke des Materials zu merklichen Abweichungen führen. Auch ist im Laufe der Benutzung eine ständige Kontrolle und relativ häufige Nacjustierung erforderlich, wenn die Einhaltung der Schalttemperatur gewährleistet bleiben soll.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Schalt element mit temperaturabhängiger Schaltstellung vorgeschlagen, welches eine Feder besitzt, die aus einer Legierung auf der Basis der intermetallischen Verbindung NiTi besteht und die bei einer, durch die Umwandlungstemperatur dieser NiTi-Legierung gegebenen Temperatur ihre Federkraft ändert, wobei diese Feder einer zweiten Feder mit vergleichsweise temperaturunabhängiger Federkraft entgegen wirkt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind beide Federn des Schaltelementes in Form von auf einer gemeinsamen Aehse angeordneten Schraubenfeder ausgebildet, die einen, in Richtung ihrer gemeinsamen Achse verschiebbaren Kontaktgeber betätigen.
Im System Nickel - Titan existiert die intermetallische Phase NiTi mit kubisch raumzentrierten Gitter bei höheren Temperaturen, etwa oberhalb von 5000C. Nach dem Abschrecken bleibt diese Struktur auch bei Raumtemperatur erhalten. Bei plastischer Verformung bis zu etwa 10 , bleiben der Dehnung klappt das raumzentrierte Gitter in zwei martensitische dichteFtgepackte monokline Gitter um. Dabei finden keine irreversiblen Gleitvorgänge statt. Durch eine Wärmebehandlung bei einer definierten, von der Zusammensetzung abhängigen Temperatur wird dieser Umklappvorgang wieder rückgängig gemacht. Bei diesem Vorgang werden bedeutende Kräfte in der Größenordnung von 50 kp/mm2 frei.
Die Temperatur, bei der dieser Vorgang stattfindet, kann durch kleine Variationen in der Zusammensetzung dieser Legierung in einem Temperaturbereich zwischen - 50°C und etwa 1350C genau fixiert werden. Der Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden.
Eine Ausführungsart der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Abbildung erläutert, die in schematischer Vereinfachung den achsialen Längsschnitt durch ein in etwa zylinderförmiges Schaltelement wiedergibt. In dieser Figur sind alle elektrisch leitenden Teile gekreuzt schraffiert oder schwarz dargestellt.
Auf einem zylindrischen Isolator 7 gleitet ein metallischer Hohlzylinder 6, der durch die Federspannung der Schraubenfeder 5 aus der beschriebenen Legierung auf der Basis der intermetallischen Verbindung NiTi oberhalb ihrer Ansprechtemperatur gegen die Federspannung einer vergleichsweise temperaturunabhängigen Schraubenfeder 11, die hier aus Stahl besteht, nach unten bewegt wird,- wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, der vom Kontaktstift 1 über die Kontaktfeder 14 und den als Kontaktgeber 6 dienenden Hohlzylinder bis zum Bodenstück 8 und der Kontaktfahne 10 führt.
In der beigefügten Abbildung ist der Mantel des erfindungsgemäßen Schaltelementes mit 3 und der obere sowie untere Abschluß des Gehäuses mit 8 bezeichnet. Die Bezugsziffer 12 bezieht sich auf den am Anfang des zylinderförmigen Kontaktgebers 6 angeordneten Anschlag für beide Federn 5 und 11. Die Isolierung des Kontaktgebers bzw. Hohlzylinders gegenüber den Federn 5 und 11 übernimmt eine dünne Isolierschicht 13.
Beim Einbau der Feder 5 aus der genannten Legierung muß darauf geachtet werden, daß diese im gedehnten Zustand einer Wärmebehandlung - etwa oberhalb von 500 0C - unterworfen wurde, und unterhalb ihrer eigentlichen Ansprechtemperatur zusammengedrückt worden ist. In diesem Zustand eingebaut, springt diese Schraubenfeder 5 oberhalb ihrer Ansprechtemperatur unter starker Kraft entfaltung gegen die Federspannung der Feder 11 in ihren ursprünglichen, gedehnten Zustand zurück. Die dabei freiwerdende Kraft führt zu einem Kontakt zwischen den sich berührenden Kontaktringen 4 und 2 im unteren Teil des erfindungsgemäßen Schaltelementes.
Unterhalb der Ansprechtemperatur stellt sich unter der Wirkung der Federspannung der Schraubenfeder 11 die Ausgangslage der Feder 5 wieder ein, wobei der Kontakt wieder unterbrochen wird.
Dieser Vorgang kann sich ermüdungsfrei wiederholen und findet immer bei der gleichen, durch die besondere Zusammensetzung der Legierung auf der Basis der intermetallischen Verbindung NiTi gegebenen Ansprechtemperatur statt.
Die Schraubenfeder 5 aus der beschriebenen Legierung kann auch im gedehnten anstelle des zusammengedrückten Zustandes eingebaut werden. Dann wird oberhalb der Ansprechtemperatur der elektrische Kontakt unterbrochen.
Eine Umkehrung der Funktionsweise kann auch dadurch erfolgen, daß die Schraubenfedern 11 und 5 vertauscht werden.
Zur Bauweise des Schaltelementes nach der Erfindung ist noch zu erwähnen, daß dieses sehr klein gehalten werden kann. So ist ein Durchmesser von beispielsweise 5 mm durchaus zu realisieren.
Durch die damit verbundene geringe Wärmekapazität der Vorrichtung ist ein schnelles Ansprechen gewährleistet. Die kleinen Massen machen diese gegenüber Beschleunigungen bis zu einigen g (Erdbeschleunigung) unempfindlich.
Die Ansprechtemperatur ist nur von der Zusammensetzung der für die Schraubenfeder 5 verwandten Legierung auf der Basis der intermetallischen Verbindung NiTi abhängig und wird ermüdnungsfrei beibehalten.

Claims

Patentansprüche

1. Schaltelement mit temperaturabhängiger Schaltstellüng, dadurch gekennzeichnetL daß dieses eine Feder (5) aufweist, die aus einer Legierung auf der Basis der intermetallischen Verbindung NiTi besteht, und die bei einer bestimsten, durch die Umwandlungstemperatur dieser NiTi-Legierung gegebenen Temperatur ihre Federkraft ändert, und daß dieser Feder (5) eine zweite Feder (11) mit vergleichsweise temperaturunabhängiger Federkraft entgegenwirkt.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Federn (5 bzw. 11) in Form von auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Schraubenfedern ausgebildet sind, und einen, in Richtung ihrer gemeinsamen Achse verschiebbaren Kontaktgeber (6) betätigen.