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Heizdrahtelement.
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Die Erfindung betrifft ein Heizdrahtelement zum Schalten mechanischer
Einrichtungen, z. B. für Sicherungen in Fernmelde-, insbesondere in Fernsprechanlagen,
ferner zum Schalten eines Stromkreises mit unterschiedlichen Öffnungs-und Schließzeiten
und zum Auslösen von blinkenden Lichtsignalen.
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Fließt durch einen Leiter, z. B. einen dünnen Drant oder ein dünnes
Band mit dem Ohmschen Widerstand R ein Strom I, so ist die entwickelte Wärmemenge
nach dem Jouleschen Gesetz I² . R. Ein frei in der Luft oder auch im Hochvakuum
ausgespannter Draht dehnt sich proportional zum Quadrat der durchfließenden elektrischen
Stromstärke aus. Es ist bekannt, diese Ausdehnung technisch in den verschiedensten
Formen auszuwerten.
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In der Offenlegungsschrift 2 147 193 ist eine thermische Schaltvorrichtung
zum Schalten eines Stromkreises mit unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeiten
beschrieben und dargestellt. Diese Schaltvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen
elektrisch leitenden Draht mit beträchtlichem Wärmedehnungskoeffizienten, der seinerseits
mit einem Schalter und andererseits mit einem Ende einer Blattfeder verbunden ist.
Die Blattfeder trägt an diesem Ende einen Kontakt, der mit einem anderen über einen
Widerstand an Masse liegenden Kontakt in Beruhrung treten kann. Das andere Ende
der Blattfeder ist über einen zweiten Widerstand mit Nasse verbunden. Ein mit der
Blattfeder zusammenhängender Arm wirkt auf einen beweglichen Hebel ein, der über
einen
Schalter das Schließen und Öffnen des zu steuernden Stromkreises
bewirkt. Bei dieser Schaltvorrichtung wird lediglich die Längenänderung des Heizdrahtes
ausgewertet.
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Der deutschen Auslegeschrift 1 162 448 liegt ein Hitzdraht-Schnappschalter
zugrunde. Ein Heizdraht oder -streifen steht dabei an beiden Enden in leitender
Verbindung mit einem leitend am Grundrahmen gehalterten Schnappglied und mit einer
mittigen Stromzuführung. Bei der Verwendung dieser Vorrichtung als überstromausschalter
reicht die Ausdehnung des Zugstreifens bei normalen Strom nicht zur Öffnung der
Kontakte durch eine Feder aus. Bei einem olötzlichen Anwachsen des Stromes wird
die Spannung in dem Zugstreifen aufgrund des übermäßigen Heizstromes so verringert,
daß die Feder die Vorrichtung zurückziehen und dabei den Stromkreis öffnen kann.
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Als Heizdrahtelement finden auch Bimetallstreifen Anwendung, die direkt
oder indirekt vom Betriebsstrom aufgeheizt werden und sich nach einer vorbestimmten
Seite ausbiegen.
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Fließt ein überlaststrom, so biegen sich die Bimetallstreifen stärker
aus und betätigen nach genügend weiter Ausbiegung einen Hilfsschalter, z. B. einen
Öffner.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein
in andere Bauteile leicht einsetzbares Einzelelement in Form eises Heizdrahtelementes
als in sich geshlossenes Funktionsglied zu schaffen, das automatisch zu fertigen
ist und bei dem nicht nur die einfache Längenänderung des Drahtes ausgenutzt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Träger als Heizdrahthalter mit zwei festen
Anschlußfahnen vorgesehen ist, die in jeweils einen Bügel übergehen, der starr in
einer Isolierplatte befestigt ist und daß in der Mitte des Heizdrahtes eine mechanische
Vorspauikraft im Bereich des Elastizitätsmoduls zum Betreiben von mechanischen Schalteinrichtungen
angreift. Durch die feste Verbindung zwischen den Anschlußfahnen und der
Isolierplatte
wird ein Wackeln der Teile vermieden und darüber hinaus werden konstante Funktionsverhältnisse
des Heizdrahtelementes sichergestellt. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil,
daß sie im Durchlaufverfahren automatisch einfach zu fertigen ist. Außerdem kann
durch den mechanischen Mittenangriff am Heizdraht die sich daraus ergebende mechanische
Schaltwegvergrößerung (über setzung) ausgenützt werden. Auf diese Weise wird erreicht,
daß auch geringfügige Längenänderungen durch die Übersetzung bereits einen genügend
großen Schaltweg für einen mechanischen Auslösevorgang liefern.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Träger gegenüber den
Unterseiten der Anschlußfahnen Durchbrüche zum Zwecke des Einsetzens eines Verbindungswerkzeuges
zum Verbinden des Heizdrahtes mit den Anschlußfahnen vorgesehen. Diese Durchbrüche
ermöglichen das Ansetzen eines mechanischen Verbindungswerkzeugs, z. B. einer Schweißelektrode,
an der Unterseite der Anschlußfahnen und dienen besonders der Vervollkommnung der
automatischen Fertigung.
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Zum Zweck der Kompensierung der Umgebungswärme ist'nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung der Werkstoff des Trägers dem Werkstoff der Anschlußfahnen
bezüglich des Ausdehnungskoeffizienten angepaßt. Auf diese Weise wird vermieden,
daß bei Änderung der Temperatur der Träger und die Anschlußfahnen verschiedenes
Verhalten zeigen.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist nur eine Anschlußfahne
vorgesehen. Die zweite Verbindung wird mit dem Gehäuse hergestellt, so daß der Träger
ein in sich geschlossenes Funktionsglied bildet.
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Zur Erreichung einer Umgebungsklimakonstanz kann der Heizdraht in
einer Schutzhülle, z. B. einem Glasrohr oder einem sonstigen Isolierrohr eingesetzt
sein und die auf die Mitte des Heizdrahtes angreifende Vorspannkraft durch
einen
in der Schutzhülle befindlichen Durchbruch wirksam werden. Auf diese Weise bleibt
eine rasche Änderung der Umgebungstemperatur im wesentlichen unberücksichtigt, während
der Temperaturanstieg beim Erwärmen des Heizdrahtes auf einen kleinen Raum beschränkt
wird, so daß die Abstrahlung an einen groBen Raum ausgeschlossen und damit eine
gewisse Temperaturkonstanz erreicht ist. Das wirkt sich auch positiv auf das Erreichen
kurzer Schaltzeiten aus.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren, die Heizdrahtelemente in vergrößerter
Darstellung wiedergeben, erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Heizdrahtelement in der
Vorderansicht, Fig. 2 die dazugehörige Seitenansicht, Fig. 3 die Draufsicht, Fig.
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht und Fig. 5 einen Heizdraht
in einem Glasrohr.
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Das Heizdrahtelement nach der Erfindung besteht aus einem Träger 1
als Heizdrahthalter mit zwei Anschlußfahnen 2, zwei Isolierplatten 3 und dem Heizdraht
4. Die Anschlußfahnen gehen in einen Bügel 5 über, mit dem sie in der Isolierplatte
3 befestigt sind. In der Grundplatte des Trägers sind Durchbrüche 6 zum Ansetzen
eines Verbindungswerkzeuges vorgesehen. Ein Durchbruch 7 gibt die Möglichkeit, an
die Mitte des Heizdrahtes heranzukommen. Bei 8 und 9 ist der Heizdraht in der Fig.
1 an den Anschlußfahnen befestigt.
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Mit P1 ist die Vorspannkraft bezeichnet, die zum Ausrichten des Heizdrahtes
erforderlich ist. P2 kennzeichnet die Vorspannkraft, die zur Überwindung der Verluste
in anschließenden mechanischen Einrichtungen nötig ist. Al kennzeichret
die
Ausgangsstellung des Heizdrahtes und A2 die Betriebsstellung, die der Heizdraht
nach Dehnung durch Stromerwärmung einnimmt.
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Der Werkstoff des Heizdrahthalters und der Anschlußfahnen sollte so
gewählt werden, daß zum Zweck der Kompensierung der Umgebundgsbem?eratur der Ausdehnungskoeffizient
der Arschlußfahnen des Heizdrahtes angepaßt ist. Um konstante Funktionsverhältnisse
des Heizdrahtelementes sicherzustellen, sind die Verbindungen zwischen den Anschlußfahnen
und der Isolierplatte fest und starr ausgeführt. Bedingt durch die Auslegung des
Heizdrahtelementes für geforderte unterschiedliche Absicherungswerte, z. B. in Sicherungen,
ist der Werkstoff für den Heizdraht 4 hinsichtlich seines spezifischen Widerstandes,
seiner mechanischen Festigkeit und des zu wählenden Querschnitts jeweils zu ermitteln.
Bei jeweiliger Zuordnung eines Abgleichwiderstandes zum Heizdrahtelement für unterschiedliche
Absicherungswerte ist die Verwendung eines einzigen Heizdrahtes mit konstanten Funktionswerten
möglich.
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An einem mit den Anschlußfahnen und Isolierplatten bestückten Träger
kann der Heizdraht 4 im Durchlaufverfahren bei einer automatischen Fertigung an
den Anschlußfahnen 2 form- oder kraftschlüssig befestigt werden. Über die Durchbrüche
5 ist das Heranführen und Ansetzen einer Schweißelektrode oder eines sonstigen mechanischen
Verbindungswerkzeuges an der Unterseite der Anschlußfahnen leicht durchführbar.
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Um zu erreichen, daß alle Heizdrahtelemente für ein bestimmtes Verhalten
gleiche Funktionsvoraussetzungen besitzen, wird der Heizdraht zuerst bei Punkt 8
befestigt, danach durch Anziehen einer konstanten Vorspannkraft Pl in Richtung Pl
gespannt und damit der Heizdraht ausgerichtet und schließlich am Punkt 9 die zweite
Befestigung durchgeführt oder umgekehrt.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizdrahtelementes
nach der Erfindung, bei dem nur eine Anschlußfahne 2 vorgesehen ist. Die zweite
Belestigung des Heizdrahtes erfolgt direkt am Gehäuse 10 des Trägers 1.
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In der Fig. 5 ist in Form einer Prinzipskizze ein Heizdraht 4 zum
Schalten mechanischer Einrichtungen in einem Glasrohr 11 eingeschmolzen. Die Vorspannkraft
P2 greift durch eine Öffnung i2 im Glasrohr an der Mitte des Heizdrahtes an.
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5 Patent ansprüche 5 Figuren
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