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Zeitschalter zum verzögerten Ein- und Ausschalten von
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elektrischen Geräten Die Erfindung betrifft einen Zeitschalter zum
verzögerten Ein- und Ausschalten von elektrischen Geräten, der einen Bimetallschalter
enthalt, der in gutem thermischen Kontakt mit einem Heizelement steht.
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Zeitschalter dieser Art sind auf dem Markt und werden unter der Bezeichnung
t'Tampositron" geführt (vgl. Druckschrift "Siemens, Elektronische Bauelemente Neuheiten",
1978, Seite 144). Diese bekannten Zeitschalter haben als Heizelement einen Kaltleiter,
der mit einem Bimetall-Schnappschalter thermisch gekoppelt ist. Bei Anlegen der
Netzspannung heizt sich der Kaltleiter auf und erreicht nach etwa 1 bis 2 Sekunden
seine Nenntemperatur, wodurch der Bimetall-Kontakt durchschaltet. Nach dem Abschalten
der Netzspannung kühlt die Anordnung wieder ab. Der Bimetall schalter schaltet nach
einer bestimmten Zeitverzö-
gerung wieder zurück. Durch unterschiedliche
Bimetall-Schalttemperaturen kann die Verzögerungszeit zwischen 1 und 5 Minuten variiert
werden. Der bekannte Kaltleiter-Zeitschalter ist für Netzspannungen von 110 bis
240 V ausgelegt. Der Kaltleiterwiderstand R beträgt bei 25 0C 33 Ohm, der Dauerstrom
I durch den Kaltleiter ist 10 mA und kleiner, die Schaltleistung (250 V bis 4 A)
beträgt 1000 W.
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Obwohl sich dieser bekannte Kaltleiter-Zeitschalter in der Anwendung
bewahrt hat, besteht eine gewisse Einschränkung für die Vielfalt der Anwendungen
durch die Größe des Gehäuses dieses Zeitschalters. Das Zeitschalter-Gehäuse ist
etwa quaderförmig mit den Abmessungen für Länge, Breite und Höhe L = 4 cm, B = 3
cm und H=2 cm.
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Diese Abmessungen sind durch die notwendigerweise verwendeten relativ
großen Bauelemente (Kaltleiter, Bimetallschalter) bedingt, weil man der Auffassung
war, daß es für einen guten Wärmeübergang vom Kaltleiter auf den Bimetallschalter
erforderlich sei, zwischen diesen Elementen eine feste, kraftschlüssige Verbindung
herzustellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zeitschalter
anzugeben, dessen äußere Gehäuseabmessungen wesentlich kleiner sind und der dennoch
die an einen solchen Zeitschalter gestellten Forderungen erfüllt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Zeitschalter der eingangs angegebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gesennzeichnet,
daß a)/als Heizelement
ein keramisches Widerstandselement in Form eines Heißleiters oder eines Kaltleiters
vorhanden ist, b) daß das Widerstandselement durch Druckkontakt zwischen einer geringflächig
an seiner einen Belegung anliegenden Stromzuführung und einer großflächigen, praktisch
die gesamte Gegenbelegung beruhrenden Stromzuführung klemmend gehalten ist indem
die Stromzuführungen mit ihren Zuleitungen durch Öffnungen eines Sockels hindurchragen,
die in einem der Dicke des iderstandselements entsprechenden Abstand im Sockel angeordnet
sind, c) daß die großflächige Stromzuführung mit dem Bimetall schalter mittels der
Verbindung in innigem Wärmekontakt steht und der Bimetallschalter mit seinem Kontaktpimpel
mit der Stromzuführung als Gegenkontakt zusammenwirkt, deren Zuleitung ebenfalls
durch eine Öffnung im Sockel hindurchragt Ujd d) daß die Anordnung aus Widerstandselement,
Bimetallschalter und Stromzuführungen von einer topfförmigen Kuppe umschlossen ist,
die die Anordnung nicht berührt und iormschlüssig mit dem Sockel verbunden ist zur
einen anderen Zweck, nämlich für die Entmagnetisierung der Lochmasken von Farbfernseh-3ildröhren,
sind Kaltleiterkombinationen bekannt, bei denen zwei keramische Kaltleiterelemente
thermisch eng gekoppelt sind, wobe en. erstes Kaltleiterelement unter Zwischenlage
einer großflächigen, thermisch und elektrisch gut leitenden Mittelelektrode mit
einem zweiten Kaltleiterele-
ment eng gekoppelt ist, die Kaltleiterelemente
an den der Mittelelektrode gegenüberliegenden Flächen punktförmig kontaktiert sind
und daß die gesamte Kombination von Isoliermaterial umhüllt ist, ohne daß die Seitenflächen
der Kaltleiterelemente berührt sind (DE-AS 21 07 365). Es ist auch bekannt, auf
diesem Prinzip aufbauend die Kaltleiterkombination in ein Gehäuse einzubauen, das
aus einem kreisrunden Sockel und einer topfförmigen (fingerhutähnlichen) Kappe besteht,
die mit dem Sockel formschlüssig verbunden ist und in der die Kaltleiterkombination
derart untergebracht ist, daß die Anschlußfahnen (Kontaktelemente) der Stromzuführungen
durch Öffnungen im Sockel hindurchragen, wo sie in Stifte enden, die zur richtigen
Einbaulage gegeneinander versetzt sind (Druckschrift "Siemens Kaltleiter-Lieferprogramm
1978/79, Titelblatt und Seite 2).
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Entgegen der Annahme, daß der Bimetall-Zeitschalter mit dem Kaltleiterelement
fest, d.h. kraftschlüssig verbunden sein soll, hat sich herausgestellt, daß die
Anwendung des Montageprinzips von Kaltleiterkombinationen für die Entmagnetisierung
auf Zeitschalter aus Heizelement und Bimetallschalter einen ausreichend guten Wärmeübergang
liefert, weil die mittlere Stromzuführung großflächig ist, d.h. praktisch die gesamte
Fläche einer Belegung des Kaltleiters bedeckt.
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Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Zeitschalt er vorgeschlagen,
der überraschenderweise alle vorteilhaften Eigenschaften der bisher bekannten Zeitschalter
umfaßt und darüber hinaus noch in einer sehr kompakten Bauweise vorliegt, indem
nämlich die Ubmessungen des Gehäuses gering sind, nämlich Höhe 1,7 cm und Durchmesser
ebenfalls 1,7 cm.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 den Zeitschalter, teilweise geschnitten, zur Verdeutlichung
der inneren Anordnung, Fig. 2 den Zeitschalter gemäß Fig. 1, jedoch um 900 gedreht,
so daß das scheibenförmige Widerstandselement erkennbar ist, Fig. 3 das Prinzipschaltbild
des Zeitschaiters.
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In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Fig. 1 ist zu entnehmen, daß im Sockel 1, der senkrecht zur Zeichenebene
kreisförmigen Querschnitt hat, drei Öffnungen 13 vorgesehen sind. Durch diese Öffnungen
13 ragen die Kontaktelemente 2,3 und 4 hindurch; solche Kontaktelemente werden auch
als Anschlußfahnen bezeichnet. Die Kontaktelemente werden oberhalb des Sockels 1
als Stromzuführungen weitergeführt. Zwischen den Stromzuführungen 5 und 9 ist das
keramische elektrische Widerstandselement 6 durch Klemmsitz, also nicht durch kraftschlüssige,
feste Verbindung befestigt.
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Das keramische elektrische Widerstandselement 6 kann ein Heißleiter
oder ein Kaltleiter sein. Solche Bauelemente werden auch als NTC-Widerstand bzw.
als PTC-Widerstand
bezeichnet (Negative-Temperature-Coefficient
bzw.
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Positive-Temperature-Coefficient). Derartige keramische elektrische
Widerstandselemente sind hinreichend bekannt und zeichnen sich dadurch aus, daß
der Widerstandswert temperaturabhängig ist. Ein Heißleiter hat bei hohen Temperaturen
( 800 C und höher ) gute Lietfähigkeit, während bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur
und niedriger) der Widerstandswert hoch ist. In aller Regel sind die Widerstands-Temperatur-Kennlinien
von Heißleitern als gerade Kurven wiedergegeben, weil die Abnahme des Widerstandswertes
bzw. die Zunahme der Leitfähigkeit mit steigender Temperatur linear verläuft. Keramische
elektrische Widerstandselemente in Form von Kaltleitern haben demgegenüber eine
Sprungcharakteristik, d.h. daß der Widerstandswert ab einer gewissen Temperatur
sprunghaft um 3 bis 5 Zehnerpotenzen zunimmt, z.B.
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von 50 .cm auf 5.104 bis 5.106Q.cm. Bekanntermaßen resultiert diese
Eigenschaft daher, daß Kaltleiter aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur
bestehen und somit eine Curietemperatnr aufweisen, in deren Temperaturbereich eine
Umwandlung des Kristallgitters erfolgt. Im Bereich dieser Curietemperatur tritt
der relativ steile Widerstandsanstieg mit steigender Temperatur auf.
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Anwendungen und Eigenschaften von Heißleitern und von Kaltleitern
sind in der einschlägigen Fachliteratur hinreichend beschrieben. Im Vordergrund
der elektrischen Eigenschaften steht die Fähigkeit, daß diese Widerstandselemente
bei Stromdurchgang sich erwärmen, dadurch gut leitfähig werden (NTC-Widerstand)
bzw. hoch-
ohmig werden (PTC-Widerstand), so daß diese minderung
der elektrischen Leitfähigkeit für Schaltzwecke ausgenutzt werden kann. So ist bei
einem Kaltleiter die Erwärmung bei Stromdurchgang so stark, daß damit andere Bauelemente
beheizt werden können, wie dies beispielsweise bei den oben beschriebenen Kaltleiterkombinationen
für die Satmagnetisierung der Lochmaske von Farbfernseh-Bildröhren bekannt ist.
Andererseits kann das keramische elektrische Widerstandselement von außen erwärmt
werden, so daß dann entweder Leitfähigkeit auftritt (NTC-Widerstand) oder der Widerstandswert
so hoch wird, daß praktisch kein Strom mehr fließt (PTC-widerstand).
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Das keramische elektrische Widerstandselement 6 ist mit Belegungen
6a und 6b versehen, die in aller Regel in Form von auf den Körper direkt aufgebrachten
Metallschichten ausgebildet sind.
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Während die Stromzuführung 9 großflächig ist, d.h. daß sie praktisch
die gesamte Belegung 6b berührt, ist die Stromzuführung 5 nur auf einer geringen
Fläche mit der Belegung 6a verbunden. Um diese geringflächige erührung zu bewirkten,
ist die Stromzuführung 5 abgeknickt. Diese Abknickung trägt neben der Federwirkung
der Stromzuführungen mit dazu bei, das Widerstandselement 6 im Klemmsitz zu halten.
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An der Stromzuführung 9 ist ein Bimetallstreifen durch die Verbindung
11 fest angebracht. Bimetallstreifen der hier in Rede stehenden Art sind an sich
bekannt und bestehen aus zwei lamellenartig zusammengefügten Metallstreifen aus
unterschiedlichen Metallen und damit unter-
schiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Bei Erwärmung kommt es gewissermaßen zu einem Verbiegen des Bimetallstreifens, so
daß dieser Bimetallstreifen als Bimetallschalter 8 wirkt. Der Kontaktpimpel 10 tritt
bei Auslenkung des Bimetallschalters 8 mit der Stromzuführung 12 in Wechselwirkung,
so daß ein elektrischer Kontakt entsteht, der stromführend ist. Die Stromführung
12 ist die Fortsetzung des Kontaktelements 4.
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Die gesamte Anordnung ist von einer topfförmigen Kappe 7 umgeben,
die die Anordnung selbst nicht berührt und mit dem Sockel 1 kraftschlüssig verbunden
ist.
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In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Stromzuführung 5 gewissermaßen
kamm- oder gabelförmig ausgebildet ist und an der Metallbelegung 6a des Widerstandselements
6 anliegt. Die Mittelelektrode 9 ragt teilweise etwas über das scheibenförmige Widerstandselement
6 hinaus.
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In den Anschlußfahnen, die in die gegeneinander versetzten Kontaktelemente
2 und 3 übergehen, sind längliche, relativ breite Öffnungen 17 vorgesehen. Diese
Öffnungen dienen als Wärmefalle", d.h. daß sie für den Übergang der Wärme, die von
dem elektrischen Widerstandselement 6 entwickelt wird und die sich über die Stromzuführungen
9 und 5 in die Kontaktelemente 2 und 3 ausbreitet, durch den geringeren Querschnitt
ein Hindernis darstellen.
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Eine solche Ausführung einer "Wårmefalle" ist beispielsweise beschrieben
in der DE-AS 27 Q5 438 und ist somit nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild fur den Zeitschalter.
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Die Wärme des Widerstands elements 6 geht - angedeutet durch den Pfeil
Q - auf den Bimetallschalter 8 über, sofern zwischen den Anschlußelementen 3 und
2 über das Widerstandselement 6 ein Strom fließt, der zur Erwärmung desselben führt.
Der Bimetallschalter 8 schaltet dann ein, so daß zwischen den Anschlußkontakten
4 und 2 ebenfalls ein Strom fließen kann. Bei Abkühlung läuft dieser Vorgang in
umgekehrter Folge ab, so daß der Bimetallschalter die elektrische Verbindung wieder
trennt. Da das Abkühlen ein Vorgang ist, der eine bestimmte Zeit benötigt, kann
hierdurch die Verzögerungszeit des Zeitschalters festgelegt werden.
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1 Patentanspruch 3 Figuren
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