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Bauelementekombination mit einem Kaltleiter und einem
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weiteren Bauelement Die Erfindung betrifft eine Bauelementekombination
mit einem Kaltleiter und einem weiteren elektrischen Bauelement, bei der die beiden
Bauelemente durch Druckkontakt zwischen geringflächig an den äußeren Belegungen
der Bauelemente anliegenden Stromzuftihrungen klemmend gehalten sind, zwischen die
Bauelemente eine großflächige, praktisch die gesamte Fläche ihrer Gegenbelegungen
berührende Stromzuführung nicht fest verbunden eingefügt ist und die drei Stromzuführungen
mit Zuleitungen versehen sind, die durch Öftiungen in einem Sockel hindurchreichen,
dadurch den klemmenden Halt der beiden Bauelemente bewirken und Kontaktstifte (Anschlußfahnen)
darstellen, wobei die gesamte Anordnung mit einer topfförmigen Kappe versehen ist,
die die Anordnung nicht berührt und mit dem Sockel formschlüssig verbunden ist.
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Eine solche Bauelementekombination ist für den Zweck der Entmagnetisierung
der Lochmasken von FarbSernseh-3ildröhren bekannt. Bei dieser Kaltleiterkombination
snd zwei keramische Kaltleiterelemente thermisch eng gekoppelt, wobei ein erstes
Kaltleiterelement unter Zwischenlage einer großflächigen, thermisch und elektrisch
gut leitenden MitteleleXtrode mit einem zweiten Kaltleiterelement eng gekoppelt
ist, die Kaltleiterelemente an den der Mittelelektrode gegenüberliegenden Flächen
punktförmig kontaktiert sind und die gesamte Kombination von Isoliermaterial umhüllt
ist, ohne daß die Seitenflächen der Kaltleiterelemente berührt sind (DE-AS 21 07
365).
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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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Andererseits sind Zeitschalter zum verzögerten Sin- und Ausschalten
von elektrischen Geräten auf dem Markt, die einen Bimetallschalter enthalten, der
in gutem thermischen Kontakt zu einem Heizelement steht. Solche Zeitschalter werden
unter der Bezeichnung "Tempositron" ge-
führt (vgl. Druckschrift
"Siemens, Elektronische Bauelemente Neuheiten'i 1978, S. 144). Diese bekannten Zeitschalter
haben als Heizelement einen Kaltleiter, der mit einem Bimetall-Schnappschalter thermisch
gekoppelt ist.
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Bei Anlegen der Netzspannung heizt sich der Kaltleiter auf und erreicht
nach etwa 1 bis 2 Sekunden seine Nenntemperatur, wodurch der Bimetall-Kontakt durchschaltet.
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Nach dem Abschalten der Netzspannung kühlt die Anordnung wieder ab.
Der Bimetallschalter schaltet nach einer bestimmten Zeitverzögerung 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 250 C 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
bewährt 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 3imetallschalter
erforderlich sei, zwischen diesen Elementen eine feste, kraftschlüssige Verbindung
herzustellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bauelementekombination
aus einem Kaltleiter und einem weiteren elektrischen Bauelement anzugeben, bei der
als weiteres Bauelement ein Bimetallschalter verwendet ist, so daß ein Zeitschalter
entsteht, 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 ein gangs angegebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres elektrisches Bauelement
der Bauelementekombination ein knopfförmiger Bimetallschalter zwischen die großflächige
StronzuSuhrung und die geringflächige Stromzuführung in klemmendem Halt ein gefügt
ist und dabei die großflächige Basisstromzuführung des Bimetallschalters ganzflächig
und mit gutem vEårmeübergang an der großflächigen Stromzuführung d @@@@@@@@@@@@@
anliegt und an der kleinflächigen Stromzuführung des Bimetallschalters die andere
Stromzuführung anliegt.
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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 Kaltleiter und Bimetallschalter einen ausreichend guten Wärmeübergang
liefert, weil die mittlere Stromzuführung großflächig ist, d.h. praktisch die gesamte
Fläche einer Belegung des Kaltleiters bedeckt
Durch die vorliegende
Erfindung wird somit eine Bauelementekombination als Zeitschalter vorgeschlagen,
die überraschenderweise alle vorteilhaften Eigenschaften der bisher bekannten Zeitschalter
umfaßt und darüber hinaus noch in einer sehr kompakten Bauweise vorliegt, indem
nämlich die Abmessungen 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 Kaltleiterelement erkennbar ist, Fig. 3 das Prinzipschaltbild
des Zeitschalters.
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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.
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Die Kontaktelemente werden oberhalb des Sockels 1 als
StromzuSiShrungen
weitergeführ. . Zwischen den Stromzuführungen 5 und 9 ist der keramische elektrische
Kaltleiter 6 durch Klemmsitz, also nicht durch feste Verbindung (z.B. Lötung) befestigt.
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Der Kaltleiter 6, der hier zur Anwendung gelangt, ist an sich bekannt.
Solche Kaltleiter werden auch als PTC-Widerstände bezeichnet (Positive Temperature-Coefficient).
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Sie zeichnen sich dadurch aus, daß der Widerstandswert temperaturabhängig
ist, d.h. sie haben eine Sprungcharakteristik, indem der Widerstandswert ab einer
gewissen Temperatur sprunghaft um 3 bis 5 Zehnerpotenzen zunimmt, z.B. von 50 Qcm
bei 200 C auf 5.104 bis 5.106acm oberhalb der Curietemperatur. Bekanntermaßen resultiert
diese Sigenschaft daher, daß Kaltleiter aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur
bestehen und somit eine Curietemperatur aufweisen, in deren Temperaturbereich eine
Umwandlung des Kristallgitters erfolgt. Im Bereich dieser Curietemperatur (meist
zwischen 20 und 1800 C) tritt der relativ steile Widerstandsanstieg mit steigender
Temperatur auf.
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Anwendungen und Eigenschaften von Kaltleitern sind in der einschlägigen
Fachliteratur hinreichend beschrieben. Im Vordergrund der elektrischen Eigenschaften
steht die Fähigkeit, daß diese Kaltleiter sich bei Stromdurchgang erwärmen, dadurch
hochohmig werden (PTC-Widerstand), so daß diese änderung 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 Kaltlei-
terkombinationen
für die Ratmagnetisierung der Lochmaske von Farbf erns eh-Bildröhr en bekannt ist.
Andererseits kann der Kaltleiter von außen erwärmt werden, so daß dann der Widerstandswert
bei Temperaturen oberhalb der Curietemperatur so hoch wird, daß praktisch kein Strom
mehr fließt.
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Das keramische elektrische Kaltleiterelement 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 Berührung zu bewirken,
ist die Stromzuführung 5 abgeknickt. Diese Abknickung trägt neben der Federwirkung
der Stromzuführungen mit dazu bei, den Kaltleiter 6 im Klemmsitz zu halten.
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Zwischen der großflächigen Stromzuführung 9 und der Stromzuführung
12, die ebenfalls abgeknickt ist und in das Kontaktelement 4 übergeht, das durch
ein weiteres Loch 13 im Sockel 1 hindurchragt, ist ein knopfförmiger Bimetallschalter
11 im ICemasitz befestigt. Die gro3-flächige Basisstromzuführung 15 dieses Bimetallschalters
11 liegt ganzflächig und mit gutem Wärmeübergang an der großflächigen Stromzuführung
9 an. An der kleinflächigen Stromzuführung 16 des knopfförmigen Bimetallschalters
11 liegt die Stromzuführung 12 an.
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Knopfförmige Bimetallschalter, die bei der hier beanspruchten Bauelementekombination
verwendet werden, sind
bekannt und auf dem Markt erhältlich. Die
großflächige 3asisstromzuführung 15 besteht aus Metall und reicht über die Mantelfläche
bis auf die gegenüberliegende Sei te eines aus Isolierstoff bestehenden Gehäuses
8. In der Kette dieser gegenüberliegenden Seite befindet sich die geringflächige
Stromzuführung 16 des Bimetallschal ters 11. Innerhalb des Gehäuses ist das Bimetallelement
mit dem Kontaktpimpel 10 angebracht.
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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 Kaltleiters
6 anliegt. Die Mittelelektrode 9 ragt teilweise etwas über den scheibenförmigen
Kaltleiter 6 hinaus In den Anschlußfahnen, die in die gegeneinander versetzten Kontaktelemente
2 und 3 übergehen, sind längliche, relativ breite Öffnungen 17 vorgesehen. DieSe
Öffnungen dienen als 11Wärmefalle, d.h. daß sie für den Ubergang der Wärme, die
von dem Kaltleiter 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. Eine solche Ausführung einer "Wårmefalle" ist beispielsweise
beschrieben in der DE-AS 27 05 438 und ist somit nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild für den Zeitschalter.
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Die Wärme des Kaltleiters 6 geht - angedeutet durch den
Pfeil
Q - auf den Bimetallschalter 11 über, sofern zwischen den Anschlußelementen 3 und
2 über den Kaltleiter 6 ein Strom fließt, der zur Erwärmung desselben führt. Der
Bimetallschalter 11 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 11 die elektrische Verbindung wieder trennt.
Da das Abkühlen ein Vorgang ist, der eine bestimmte Zeit benötigt, kann hierdurch
die Verzögerungszeit des Zeitschalters festgelegt werden, 1 Anspruch 3 Figuren