DE2839826A1

DE2839826A1 - Waermeschmelzsicherung

Info

Publication number: DE2839826A1
Application number: DE19782839826
Authority: DE
Inventors: Kunio Hara
Original assignee: Nifco Inc
Current assignee: Nifco Inc
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1978-09-11
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB2004124A; FR2402943A1; BR7805837A; NL7809206A; US4189697A; CA1098568A

Description

2T1/15
Nifco Inc.

Wärmeschmelzsicherung

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschmelzsicherung, bei welcher die elektrische Verbindung einer Kontakteinrichtung mittels eines thermischen Pfropfens aufrechterhalten wird, der in seinem normalen Zustand fest ist und in einen flüssigen Zustand schmilzt, wenn die umgebende Temperatur auf einen bestimmten Wert steigt. Dabei wird die elektrische Verbindung der Kontakteinrichtung durch den thermischen Pfropfen

-2-

90S813/08U

unterbrochen, wenn er bei Erhöhung der umgebenden Temperatur auf den bestimmten Wert verflüssigt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der thermische Pfropfen, der unter normaler Bedingung in einem festen Zustand ist, die Bewegung eines Funktionsgliedes sperrt, das von einer Arbeitsvorrichtung unter Druck gehalten wird, damit, wenn der thermische Pfropfen bei Erhöhung der umgebenden Temperatur auf den bestimmten Wert in den flüssigen Zustand schmilzt, er die Sperre des Funktionsgliedes freigibt und es in die Lage versetzt, unter dem Druck, der ständig von der Arbeitsvorrichtung ausgeübt wird, die elektrische Verbindung der Kontakteinrichtung zu unterbrechen und sie dann in dem Zustand der Unterbrechung zu erhalten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeschmelzsicherung, die in einer elektrischen Anlage, die mit einer Wärmequelle verbunden ist, den Stromkreis der elektrischen Anlage unterbricht, wenn die umgebende Temperatur der elektrischen Anlage aufgrund einer abnormalen Wärmeentwicklung aus dem einen oder anderen Grunde über den Betriebstemperaturbereich steigt und einen gefährlichen Temperaturbereich erreicht, wobei die abnormale Hitzeerzeugung mit großer Sicherheit beendet wird.

Bei einer gewöhnlichen Wärmeschmelzsicherung benutzt man einen thermischen Pfropfen, der aus einem wärmeempfindlichen Werkstoff hergestellt ist, der bei einer Temperatur unter einem bestimmten Wert seinen festen Zustand behält, und der, wenn die umgebende Temperatur steigt und den bestimmten Wert erreicht, in einen flüssigen Zustand schmilzt mit einem gewissen Verlust seines

-3-

909813/0844

-z-

Volumens, das er innehatte als der Werkstoff in einem festen Zustand war. Im übrigen ist diese Wärmeschmelzsicherung innerhalb ihres Gehäuses mit einer Kontakteinrichtung vorgesehen, die eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Zuleitungen herstellt, so daß die Kontakteinrichtung in ihrem geschlossenen Zustand gehalten wird, solange der thermische Pfropfen in seinem festen Zustand bleibt. Wenn aber der Pfropfen in einen flüssigen Zustand schmilzt und sein Volumen verliert, bewirkt der Verlust des Volumens des thermischen Pfropfens einen Zwischenraum in der Kontakteinrichtung und gibt sie unter Wirkung ihrer eigenen Elastizität von der auf sie ausgeübten sperrenden Kraft frei, öffnet infolgedessen den Kontakt und unterbricht die elektrische Verbindung in der Kontakteinrichtung.

In einigen konventionellen Ausführungen der Wärmeschmelzsicherungen wird, wenn einmal die elektrische Verbindung zwischen den beiden Zuleitungen unterbrochen ist, einfach ein Spalt freigelassen, der zwischen die Kontakteinrichtung und den Teil des Gegenstückes tritt, mit dem die Kontakteinrichtung in Kontakt stand, solange die elektrische Verbindung noch bestand. In anderen Worten, die Kontakteinrichtung hängt in Wirklichkeit in der freien Luft und hat daher leicht die Möglichkeit, leicht zu schwanken. Wenn durch Zufälle in der elektrischen Anlage Stöße auftreten, kann möglicherweise die Kontakteinrichtung, die in ihrer Offenstellung verharren soll, in Kontakt mit irgend einem leitenden Werkstoff kommen oder sie verursacht das Phänomen des Flatterns und bewirkt eine zufällige

-4-

909813/0044

elektrische Verbindung zwischen den beiden Zuleitungen.

Gegenstand der Erfindung ist, eine Wärmeschmelzsicherung von hoher Temperaturgenauigkeit zu schaffen, bei der, wenn einmal die umgebende Temperatur steigt und den festen Wert der Temperatur erreicht, der für die elektrische Anlage, in der die Wärmeschmelzsicherung benutzt wird, festgelegt ist, die Wärmeschmelzsicherung den elektrischen Stromkreis der elektrischen Anlage unterbricht und die Sicherung nicht durch äußere Umstände Stöße oder Impulse veranlaßt wird, eine zufällige elektrische Verbindung herzustellen oder ein unerwünschtes Phänomen wie Flattern zu verursachen, sondern der Unterbrechungszustand der elektrischen Leitung sicher erhalten bleibt und so ein höchst zuverlässiger Betrieb gewährleistet wird.

Um den beschriebenen Gegenstand der Erfindung zu verwirklichen, ist eine Wärmeschmelzsicherung vorgesehen, die aus einem Gehäuse besteht; einem Gegenkontakt, der geeignet ist, einen Kontakt mit dem leitenden Ende eine Zuleitung zu bilden, die in das Gehäuse eingeführt ist; einer Kontakteinrichtung, bestehend aus einem Kontaktglied, das mit dem Gegenkontakt in Kontakt kommt, und einer elastischen Feder, die dazu dient, das Kontaktglied vorzuschieben; einem thermischen Pfropfen, der unter normaler Bedingung seinen festen Zustand behält, aber in einen flüssigen Zustand schmilzt, wenn er den festen Wert der Temperatur erreicht; einer Arbeitsvorrichtung, die von dem thermischen Pfropfen an einer Bewegung gehindert wird, wenn er unter normaler Bedingung seinen festen Zustand behält, deren vorerwähnte

-5-

909813/0844

geaber aufgehoben wird, wenn der thermische Pfropfen in einen flüssigen Zustand infolge einer Erhöhung der umgebenden Temperatur auf den festen Wert schmilzt, so daß sich das Funktionsglied vorschieben und zwischen das Kontaktglied der Kontakteinrichtung und den Gegenkontakt treten kann; und einer Arbeitsvorrichtung, die dem Funktionsglied eine Bewegung erteilen kann.

Unter normaler Bedingung liegt der thermische Pfropfen in seinem festen Zustand zwischen der Kontakteinrichtung und der Arbeitsvorrichtung. Daher ist die Kontakteinrichtung durch die Arbeitsvorrichtung nicht beeinflußt, sondern kann die elektrische Verbindung zu dem Gegenkontakt aufrechterhalten. Wenn die umgebende Temperatur steigt und den festen Wert der Temperatur erreicht, schmilzt der thermische Pfropfen in seinen flüssigen Zustand und bewirkt einen hinreichenden Zwischenraum für die Arbeitsvorrichtung, um die Kontakteinrichtung von dem Gegenkontakt zu trennen und einen Zustand der elektrischen Unterbrechung entstehen zu lassen. Nach dieser Unterbrechung dient die Arbeitsvorrichtung dazu, diesen Unterbrechungszustand der elektrischen Verbindung sicher aufrechtzuerhalten.

Weitere Gegenstände und charakteristische Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung ersichtlich, die im einzelnen in bezug auf die beiliegende Zeichnung folgt.

-6-

909813/OÖU

ζ?

-Jr-

Figur 1 ist eine Zeichnung im Schnitt zur Erklärung der Wärmeschmelzsicherung gemäß der Erfindung in einem Zustand, in dem die elektrische Verbindung der Zuleitungen unter normaler Bedingung besteht.

Fugur 2 ist eine perspektivische Darstellung der Kontakteinrichtung, wie sie bei der Wärmeschmelzsicherung nach Figur 1 benutzt wird.

Figur 3 ist eine Zeichnung im Schnitt zur Erklärung der Wärmeschmelzsicherung nach Figur 1 in einem Zustand, in dem der Unterbrechungszustand der elektrischen Leitung bei dem festen Temperaturwert erhalten ist.

Bei der Wärmeschmelzsicherung nach der Erfindung bildet ein hohles Gehäuse 1 aus leitendem Werkstoff mit einer offenen Seite eine gesamte äußere Hülse. Mit dem geschlossenen Ende dieses Gehäuses ist eine der Zuleitungen 2 fest verbunden.

Die andere Zuleitung 3 ist durch das offene Ende des Gehäuses in das Gehäuseinnere eingeführt und mit der Innenwand des Gehäuses in einer solchen Weise befestigt, daß sie gegenüber dem Gehäuse durch einen Isolierstoff isoliert ist, z.B. durch ein geeignetes synthetisches Harz oder eine keramische Buchse 4. Die Befestigung der Buchse 4 mit der Zuleitung 3 und der Buchse mit dem Gehäuse kann beispielsweise durch Reibungskräfte oder mittels eines Klebstoffes 4a erfolgen. Das Ende

-7-

909813/OäU

der Zuleitung 3, das in das Gehäuse eingeführt ist, ist mit einer isolierenden Hülle 3a bedeckt, ausgenommen der Gegenkontakt 5, der die Form eines zusammenhängenden Rohrs hat oder in der Art eines Ärmels mit der offenen Kante der Buchse 4 zusammenhängt .

Eine Kontakteinrichtung 6 steht unter normaler Bedingung in Kontakt mit dem Gegenkontakt 5 und besitzt ein Glied 5a, das an den Kontaktpunkt _P des Gegenkontaktes 5 angrenzen kann, und eine elastische Feder 6b, die schraubenförmig rund um die isolierende Hülle 3a der Zuleitung zwischen dem Glied 6a und der Buchse 4 angebracht ist, so daß das Glied 6a unter normaler Bedingung gegen den Kontaktpunkt P_ angepresst wird.

Das Glied 6a, das gegen den Kontaktpunkt £ anliegen kann, hat die Kante auf ihrem Umfang in mehrere schmale Vorsprünge 6c aufgeteilt, mit Hilfe von mehreren mit Abstand angeordneten Schlitzen, die umgebogen sind, so daß sie der Innenseite des Gehäuses entsprechen. Diese schmalen Vorsprünge 6c werden dauernd in Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses gehalten und halten so eine elektrische Verbindung zwischen beiden aufrecht, selbst wenn sie relativ zu der Innenwand gleiten. Weil das Glied 6a in der Mitte eine Öffnung für den Durchlaß der isolierenden Hülle 3a der Zuleitung besitzt, kann das Glied 6a als Ganzes in axialer Richtung längs der Innenwand des Gehäuses gleiten. Unter normaler Bedingung wird das Glied 6a dauernd gegen den Gegenkontakt 5 durch die treibende Kraft der elastischen

-8-

909813/0844

Feder 6b gepreßt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Zuleitungen 2 und 3 besteht.

Weiterhin ist ein Unterbrechungsmechanismus vorgesehen, der, sobald die umgebende Temperatur den bestimmten Wert erreicht, dazu dient, unverzüglich das Glied 6avon dem Gegenkontakt 5 zu trennen und so die bestehende elektrische Verbindung zu unterbrechen. Das eine Element dieses Unterbrechungsmechanismus ist ein Funktionsglied 7, das dazu dient, das Glied 6a in axialer Richtung von dem Gcgenkontakt 5 fortzubewegen, und das andere Element ist die Arbeitsvorrichtung 8, die dazu dient, die Triebkraft für das Funktionsglied 7 in axialer Richtung zu liefern. Das Funktionsglied 7 soll beim Gleiten in axialer Richtung nicht in radialer Richtung springen. Infolgedessen muß es eine vollkommen mit der inneren Wand des Gehäuses 1 übereinstimmende Form haben. Das Gehäuse 1 dient als Führung für das Funktionsglied nur in der Axialrichtung. Daher muß das Funktionsglied aus Isolierstoff bestehen. Mit Rücksicht auf verschiedene Umstände wie leichte Fabrikation, Dauerhaftigkeit und Kosten ist es wünschenswert, es aus geeignetem synthetischen Harz oder aus keramischen Substanzen zu fertigen.

Weiterhin hat in Anbetracht dessen, daß ein thermischer Pfropfen 9 dem Funktionsglied 7 angepaßt werden muß, der fähig ist, zuverlässig bei einer festen Temperatur zu schmelzen, das Funktionsglied 7 die Form einer hohlen Kammer mit einer verschlossenen Seitenwand. Um eine wirksame Entleerung des verflüssigten Pfropfens zu ermöglichen, sollte das Funktionsglied eine geeignete

-9-

909813/08

η*

-Sr-

Austrittsöffnung 1O in der verschlossenen Seitenwand haben.

um die Möglichkeit auszuschließen, daß der thermische Pfropfen zufällig durch die Hitze schmilzt, die durch den Kontaktwiderstand zwischen der Kontakteinrichtung 6a und dem Kontaktpunkt I? entsteht, ist es wünschenswert, eine Isolierscheibe 11 zwischen dem thermischen Pfropfen und dem Gegenkontakt 5 einzusetzen.

Solange die Wärmeschmelzsicherung gemäß der beschriebenen Konstruktion unter der normalen Bedingung bleibt, d.i. die Bedingung, unter der die umgebende Temperatur unter dem Schmelzpunkt des thermischen Pfropfens liegt, ist der thermische Pfropfen in einem festen Zustand und verhindert daher die Bewegung des Funktionsgliedes 7 trotz der treibenden Kraft der Arbeitsvorrichtung 8, wie in Figur 1 gezeigt. Daher wird das Funktionsglied daran gehindert, sich in axialer Richtung zu bewegen. Als Ergebnis ist das Glied 6a, von der elastischen Feder 6b vorwärts getrieben, gegen den Gegenkontakt 5 gepreßt und bildet so eine elektrische Verbindung mit dem Kontaktpunkt ]?.

Wenn die umgebende Temperatur der Wärmeschmelzsicherung steigt und den festen Wert erreicht (den Schmelzpunkt des thermischen Pfropfens), reagiert der thermische Pfropfen 9 empfindlich und verflüssigt sich unmittelbar. Wenn der flüssige thermische Pfropfen 9 seinen Widerstand verliert, treibt das Funktionsglied 7, das von der Arbextsvorrxchtung 8 vorwärtsgetrieben wird, den

-10-

909813/0844

geschmolzenen thermischen Pfronfen 9 durch die Austrittsöffnung 10 heraus, und das Funktionsglied 7 wird von der Sperre entlastet, die durch den festen thermischen Pfropfen gegeben war. Tnfolgedessen kann der Gecrenkontakt 5 in die Lücke eintreten, die von dem Funktionsglied 7 infolqe der Entladung des flüssigen thermischen Pfropfens gebildet wird. Als Ergebnis trennt sich das Glied 6a, das bis dahin durch die elastische Feder 6b vorgeschoben war, die eine geringere treibende Kraft hat als die Arbeitsvorrichtung 8, leicht von dem Gegenkontakt 5 und zieht sich zurück. Auf diese Weise wird die elektrische Verbindung von dem Gehäuse 1 zu der Zuleitung 3 unterbrochen. Da das Funktionsglied 7 unter dem von der Arbeitsvorrichtung 8 ausgeübten Druck vollkommen unbeweglich ist, wird der Unterbrechungszustand der elektrischen Verbindung sicher erhalten, da Vibrationen und andere äußere Impulse, die möglicherweise auf das Glied 6 einwirken könnten, nicht geeignet sind, das Glied 6a in Kontakt mit dem Gegenkontakt zu bringen. Da andererseits das Glied 6a dauernd durch die elastische Feder 6b unter Druck steht, die eine weichere Elastizität besitzt als die Arbeitsvorrichtung 8, die aber nicht für den Zweck der elastischen Feder geeignet ist, ist es vor einem Zurückstoßen oder vor einem zufälligen Kontakt bewahrt und macht die Aufrechterhaltung des Unterbrechungszustandes der elektrischen Verbindung um so mehr sicher.

Da wie oben beschrieben der thermische Pfropfen, der eine verbindliche Temperaturabhängigkeit besitzt, als unmittelbar auf den festen Temperaturwert ansprechend benutzt wird, sieht diese Erfindung eine

-1 1-

909813/08U

-Vt-

Wärmeschmelzsicherung vor, clic geeignet ist, die elektrische Verbindung ohne Trrtum in bezug auf den festen Temperaturwert zu unterbrechen.

Was den einen Kontaktpunkt zwischen der Innenwand des Gehäuses und das Kontaktglied 6 betrifft, ist, zumal dieser Kontakt durch eine Vielzahl von schmalen Vorsprüngen 6c des Gliedes 6a gebildet ist, der Kontaktwiderstand kleiner als wonn der Kontakt durch einen einfachen Rand rundherum von dem Glied 6a gebildet wäre. Was den andern Kontaktpunkt betrifft, der zwischen dem Gegenkontakt 5 und dem Glied 6a besteht, ist der Kontaktwiderstand in ähnlicher Weise gering infolge der treibenden Kraft, die durch die elastische Feder 6b erzeugt wird. Die Wärmeschmelzsicherung nach der Erfingung verursacht also einen geringen Energieverlust, wenn sie in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet wird, sie arbeitet sicher und bewährt sich nützlich als ein aktives Element.

-12-

909813/08A4

-AU-

Leerseite

Claims

-Λ-

Patentansprüche

( 1.} Wärmeschraelzsicherung bestehend aus folgender Kombination:

leitendes Gehäuse (1) mit einer elektrischen Verbindung zwischen einem seiner Enden und dem einen von zwei Zuleitungen (2) , ein Gegenkontakt (5), der einen elektrischen Kontakt mit dem leitenden Ende der anderen Zuleitung (3) bildet, der in das andere Ende des Gehäuses isoliert eingeführt ist,

eine Kontakteinrichtung bestehend aus einem Kontaktglied (6) , das mit dem vorerwähnten Gegenkontakt (5) in Kontakt kommen kann, und einer elastischen Feder (6b), die das Kontaktglied (6) gegen den Gegenkontakt (5) drückt,

ein thermischer Pfropfen (9) innerhalb des Gehäuses, der unter normaler Bedingung einen festen Zustand behält, bei einem festen Temperaturwert in einen flüssigen Zustand schmilzt,

ein Funktionsglied (7), das so eingerichtet ist, daß seine Bewegung durch den thermischen Pfropfen (9) gesperrt ist, wenn er in seinem festen Zustand bei normaler Bedingung verharrt, um die elektrische Verbindung zwischen dem Gegenkontakt (5) und der Kontakteinrichtung (6) zu ermöglichen, während die Sperre seiner Bewegung aufgehoben ist, wenn der thermische Pfropfen (9) bei dem festen Temperaturwert in seinen flüssigen Zustand geschmolzen ist, so daß das Kontaktglied (6) der Kontakteinrichtung von dem Gegenkontakt (5) getrennt ist und so die

-13-

ORIGINAL INSPECTED

-V5-

bestehende leitende Verbindung unterbrochen wird, eine Arbeitsvorrichtung (8), die dem Funktionsglied (7) eine Bewegung erteilen kann, wobei unter normaler Bedingung die elektrische Verbindung aufrecht erhalten ist, während bei Steigen der umgebenden Temperatur auf einen festen Wert die elektrische Verbindung unterbrochen wird und der Unterbrechungszustand der elektrischen Verbindung danach durch das Funktionsgliod (7) erhalten bleibt, das zwischen den Gegenkontakt (5) und die Kontakteinrichtung (6) tritt.
2. Wärmeschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des Kontaktgliedes (6) der Kontakteinrichtung mit Hilfe mehrerer mit Abstand angeordneten Schlitzen auf ihrem Umfang in mehrere schmale VorSprünge (6c) aufgeteilt ist, die umgebogen sind, so daß sie der Innenseite des Gehäuses (1) entsprechen und so einen innigen Kontakt mit dem Gehäuse bilden.
3. Wärmeschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsglied (7) die Form eines Hohlzylinders hat, der an einer Seite geschlossen ist und eine Austrittsöffnung (10) für den flüssigen thermischen Pfropfen hat.

909813/08A4