DE2927475A1

DE2927475A1 - Waermeschutzelement

Info

Publication number: DE2927475A1
Application number: DE19792927475
Authority: DE
Inventors: Kensaku Ueda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB2025141B; JPS5510289U; US4287500A; CA1108672A; GB2025141A

Description

DR. BERG DI?L -ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 2 9 2 7 A 7

Postfach 860245 · 8(XX) München 86

• 3·

Anwaltsakte: 30 261 £ , .,

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd, Osaka-fu / Japan

Wärme schutz element

VIl/XX/Ktz

9098 83/09 17

«(089)988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 700200U) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 9X3.11(1 0524560 BERG d Posischeck Müncnen 65343-808 (BlZ 70010080)

• If ·

Anwaltsakte; 30 261

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzelement, das insbesondere von Hand rückstellbar ist, um die Kontakte zu schließen, nachdem diese offen sind, wenn die Umgebungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert ansteigt. Im allgemeinen weisen Wärmeschutzelemente eine feststehende und eine bewegliche Elektrode mit einem auf Wärme ansprechenden Element, beispielsweise einem Bimetall, auf. Wenn die Umgebungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, werden die feststehende und die bewegliche Elektrode voneinander weg bewegt, um so den Strom zu unterbrechen, der in eine Last fließt, welche über das Wärmeschutzelement mit einer Energiequelle verbunden ist. Sie sind als Schutzeinrichtungen weit verbreitet, um ein Überhitzen verschiedener Arten elektrischer Maschinen und Anlagen zu verhindern.

Es ist bereits ein von Hand einstellbares Wärmeschutzelement geschaffen und vorgeführt worden, bei welchem die feststehenden und beweglichen Elektroden mit einem wärmeempfindlichen Widerstand mit einem positiven Wärmekoeffizienten überbrückt werden. Hierbei ist der wärmeempfindliche Widerstand in eine Vertiefung eingesetzt, die in der beweglichen Elektrode ausgebildet ist, und wird durch die Kraft einer von der feststehenden Elektrode

909883/0917

vorstehenden Blattfeder dagegen gedrückt, so daß das wärmeempfindliche Widerstandselement zwischen ihnen fest geklemmt werden kann· Das beschriebene Wärmeschutzelement hat jedoch den Nachteil, daß, da der wärmeempfindliche Widerstand, wie oben beschrieben, mechanisch zwischen die feststehende und bewegliche Elektrode eingeklemmt ist, das Wärmeschutzelement nicht zuverlässig und betriebssicher ist; d.h. es kann nicht nur nicht sichergestellt werden, ob das Wärmeschutzelement seine Kontakte bei einer vorbestimmten Umgebungstemperatur genau öffnen kann oder nicht, sondern das Wärmeschutzelement weist bei Erschütterungen einen geringeren Widerstand auf.

Die Erfindung soll daher ein von Hand rückstellbares Wärmeschutzelement schaffen, welches bei einer vorbestimmten Temperatur genau arbeitet und einen hohen Widerstand bei Erschütterungen aufweist. Gemäß der Erfindung verlaufen eine feststehende und eine bewegliche Elektrode durch elektrisch leitende Hülsen hindurch--, welche wiederum teilweise in axial verlaufende, durchgehende Bohrungen eines Blockes eines wärmeempfindlichen Widerstandselements mit einem positiven Temperaturkoeffizienten eingesetzt sind oder durch diese öffnungen vorstehen.

Gemäß der Erfindung weist somit ein Wärmeschutzelement folgende Teile auf: eine feststehende Elektrode, eine bewegliche Elektrode mit einem wärmeempfindlichen Element, das in Gegenüberlage von der feststehenden Elektrode angeordnet ist, einen Thermistorblock mit einem positiven Wärmekoeffizienten und mit zwei ; ." _ ; - _ -5 _

9098 83/09 17

X-

durchgehenden Bohrungen, sowie elektrisch leitende Hülsen, welche teilweise in die Bohrungen des Blockes eingesetzt sind, oder ganz durch die Bohrungen hindurchgehen, wobei die feststehende und die bewegliche Elektrode durch die Hülsen hindurchgehen. Das Wärmeschutzelement arbeitet bei einer vorbestimmten Temperatur genau und weist einen hohen Widerstand bei Schwingungen auf, so daß es hochzuverlässig und betriebssicher ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Wärmeschutzelements gemäß der Erfindung;

Fig.2A bis 2F in Einzelteile aufgelöste perspektivische Ansichten einer Elektrodenhalterung des in Fig. 1 dargestellten Wärmeschutzelements, wobei die Schritte bei der Montage der Elektrodenhalterung dargestellt sind;

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4a bis 4F die Fig. 2A bis 2F entsprechende Ansichten.

909883/0917

Hierbei sind in den Figuren für die gleichen bzw. einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines Wärmeschutzelements gemäß der Erfindung mit einem Glaskolben 1 dargestellt, welcher bei 15 bezüglich einer Elektrodenhalterung oder -fassung 2 abgedichtet und mit trockener Luft

3 gefüllt ist. Der Glaskolben 1 hat einen Außendurchmesser von 7.5mm, eine Länge von 33mm und eine Wanddicke von 0,5mm.

Die Elektrodenhalterung 2 weist eine feststehende Elektrode

4 mit einem Durchmesser von 0,7mm und einer Länge von 57,5mm (die auf einer Länge von 33mm aus dem Glaskolben 1 vorsteht) ; eine bewegliche Elektrode 8 aus einer Zuführung 5 mit einem Durchmesser von 0,7mm und einer Länge von 48,5mm (die auf eine Länge von 33mm aus dem Glaskolben 1 vorsteht); ein Plättchen 6 und ein auf Wärme ansprechendes Element 7, welche beispielsweise eine Bimetallplatte mit einer Länge von 10mm, einer Breite von 5mm und einer Dicke von 0,1mm bilden/ eine Glasperle 9, welche dazu dient, die feststehende und bewegliche Elektrode 4 und 8 in einem vorbestimmten Abstand voneinander zu halten/ einen Block 10, welcher einen auf Wärme ansprechenden Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizient aufweist (der der Kürze halber im folgenden als"der positive Thermistor" bezeichnet wird), welcher einen Durchmesser von 5mm und eine Dicke von 2,2mm hat, zwei durchgehende Bohrungen aufweist, deren Wandungsoberflächen mit Silberüber-

909883/09 17

zügen beschichtet sind, welche ihrerseits als Elektroden dienen, im wesentlichen aus Bariumtitanat hergestellt ist und bei 20⁰C einen Widerstand von 1kj£2aufweist/ und zwei elektrisch leitende Hülsen 11 und 12, welche aus Nickel hergestellt sind, einen Außendurchmesser von 1,1mm, eine Wandstärke von 0,1mm und eine Länge von 5mm haben (wobei sie auf eine Länge von 2,8mm aus dem Block 10 vorstehen) und welche in die Bohrungen des Blocks 10 eingesetzt sind. Ein Silberkontakt 13 ist an dem vorderen Ende der feststehenden Elektrode 4 aufgeschweißt, während ein Kontakt 14 aus einer Silberlegierung am vorderen Ende des auf Wärme ansprechenden Elements 7 aufgeschweißt ist. Die feststehende Elektrode 4 und die Zuleitung 5 verlaufen durch die Hülsen 11 bzw. 12.

Anhand von Fig. 2 (d.h. Fig. 2A bis 2F) werden die Herstellungsschritte des Wärmeschutzelements mit dem vorbeschriebenen Aufbau beschrieben. Zuerst werden die Hülsen 11 und 12, welche in Fig. 2A dargestellt sind, in die Bohrungen 10a bzw- 10b des in Fig. 2B dargestellten Blockes eingesetzt. Da die Hülsen 11 und 12 Teile 11a und 12a mit einem größeren Außendurchmesser aufweisen, welche an den Umfangen der Löcher 10a und 10b anliegen, sind die Hülseni1 und 12 über eine vorbestimmte Länge in die entsprechenden Bohrungen 10a und 10b eingesetzt, wie in Fig. 2C dargestellt ist. Wie in Fig. 2D dargestellt ist, werden die feststehende Elektrode 4, die Zuleitung 5 und die Glasperle 9 als eine Einheit oder eine Untergruppe geliefert. Nachdem dann die feststehende Elektrode 4 und die Zulei-

— R —

909883/0917

-X-

tung 5 durch die Hülsen 11 und 12 hindurchgeschoben sind und aus diesen vorstehen, werden sie mit den Hülsen 11 und 12 verschweißt, wie in Fig. 2E dargestellt ist. Danach wird der Kontakt 13 auf das vordereEnde der feststehenden Elektrode geschweißt, während der Kontakt 14 auf das vordere Ende des auf Wärme ansprechenden Elements 7 geschweißt wird, dessen unterer Teil auf das vordere Ende des Plättchens 7 geschweißt wird, wie in Fig. 2F dargestellt ist.

Die auf diese Weise montierte Elektrodenhalterung 2 wird in den Glaskolben 1 eingesetzt, und dann wird trockene Luft in den Glaskolben 1 gefüllt, welcher dann in herkömmlicher Weise abgedichtet wird. Somit ist dann ein Wärmeschutzelement geschaffen.

In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform dargestellt, welche im Aufbau im wesentlichen der ersten anhand vonFig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform entspricht, außer daß (a) die Glasperle 9 der ersten Ausführungsform entfallen ist, da der Block 10 dazu dient, die feststehende Elektrode 4 und die Zuleitung 5 in einem vorbestimmten Abstand voneinander zu halten, und (b) Hülsen 16 und 17, welche elektrisch leitend sind, durch den Block 10 vorstehen, d.h. sie stehen beide aus dem Block 10 vor. Die Hülsen 16 und 17 sind sowohl an ihren oberen als auch an ihren unteren Enden mit der feststehenden Elektrode 9 bzw. der Zuleitung 5 verschweißt, so daß irgendwelche Verschiebungen bezüglich der Elektrode und der Zuleitung 5 vollständig verhindert werden können.

909883/0917 - 9 -

Folglich kann d.'.e Glasperle 9 der ersten Ausführungsform entfallen.

Die Herstellungsschritte des Wärmeschutzelements mit dem vorbeschriebenen Aufbau können ohne weiteres den Fig. 4A bis 4F entnommen werden, wenn auf die Beschreibung der Herstellungsschritte der ersten Ausführungsform in den Fig. 2A bis 2F Bezug genommen wird, so daß sie nicht noch einmal beschrieben zu werden brauchen.

Wie oben ausgeführt, sind gemäß der Erfindung, die Hülsen 11 und 12 teilweise in die Bohrungen 10a und 10b des Blockes 10 eingesetzt, oder die Hülsen 16 und 17 stehen durch den Block vor, so daß ausreichende elektrische und thermische Verbindungen zwischen der feststehenden Elektrode 4 und der Zuleitung 5 einerseits und dem Block 10 andererseits sichergestellt sind. Folglich kann das Wärmeschutzelement nicht nur genau bei einer vorbestimmten Temperatur arbeiten, sondern weist auch einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber Erschütterungen auf. Infolgedessen ist mit derErfindung ein Wärmeschutzelement geschaffen, das hoch zuverlässig und betriebssicher ist.

Ferner sind die leitenden Hülsen 12 oder 17 und das auf Wärme ansprechende Element 7 durch das Plättchen 6 miteinander verbunden, so daß ein Ausbreiten von Rissen an der Verbindungsstelle des auf Wärme ansprechenden Elements 7 verhindert werden kann, wenn die Hülse 12 oder 17 unmittelbar an das auf Wärme

- 10 -

909883/0917

ansprechende Element 7 geschweißt sind. Die Hülsen 11,12, 16 und 17 können in axialer Richtung geschlitzt sein und können einen elliptischen Querschnitt aufweisen, so daß eine Rißbildung in dem Block 10 des positiven Thermistors infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Hülsen und dem Block im wesentlichen beseitigt werden kann.

Nachstehend werden nunmehr die Ergebnisse beschrieben, die bei Versuchen mit den Wärmeschutzelementen gemäß der Erfindung erhalten worden sind. Die Wärmeschutzelemente, welche in den Versuchen verwendet wurden, waren so bemessen, daß sich ihre Kontakte bei 100⁰C öffnen und bei 70°C schließen. Es wurde eine Wechselspannung von 100V zwischen der feststehenden Elektrode 4 und der Zuleitung 5 angelegt. Wenn die Umgebungstemperatur auf 100⁰C anstieg, öffnen sich ihre Kontakte genau und unmittelbar. Sobald die Spannung zwischen der Elektrode 4 und der Zuleitung 5 angelegt ist, erwärmt sich der Block 10 des positiven Thermistors auf eine vorbestimmte Temperatur von beispielsweise 80⁰C, welcher höher als die Schließtemperatur von 70⁰C ist. Infolgedessen wurden die Kontakte 13 und 14 wirksam offen gehalten. Wenn ein Leistungsschalter abgeschaltet wird, werden die Kontakte 13 und 14 geschlossen.

Zum Vergleich wurden Wärmeschutzelemente hergestellt, bei welchen sowohl die feststehende Elektrode als auch die Zuleitung unmittelbar durch die Bohrungen 10a und 10b des Thermistorblocks 10 vorstehen, ohne daß die Hülsen 11 und 12 oder 16 und 17 verwendet wurden. Die öffnungs- und Schließtemperaturen von so be-

- 11 9098 83/09 17

2927Α7Β

messenen Kontakten waren dieselben; d.h. die Öffnungstemperatur lag bei 100°C, während die Schließtemperatur bei 70⁰C lag. Sie wurdendann unter denselben Bedingungen wie die Wärmeschutzelemente gemäß der Erfindung untersucht. Hierbei ergab sich, daß es bei der Trennung zwischen der Silberschichtelektrode, die über der Wandungsoberfläche der Bohrung 10a oder 10b des Blockes 10 aufgebracht ist, und der feststehenden Elektrode 4 oder der Zuleitung 5 zwischen diesen Funken auftraten. Folglich konnte keine entsprechend bemessene Spannung an den positiven Thermistorblock angelegt werden, so daß sich letzterer nicht auf eine entsprechend bemessene, konstante Temperatur erwärmen konnte und folglich auch die Kontakte nicht offen gehalten werden konnten.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden ein auf Wärme ansprechendes Element mit einer Öffnungstemperatur von 13O⁰C und einer Schließtemperatur von 9O⁰C und ein Block eines positiven Thermistors mit einer Erwärmung auf eine konstante Temperatur von 100⁰C zusammen mit den gleichen, entsprechend großen Teilen verwendet, wie vorstehend beschrieben worden ist, um ein Wärmeschutzelement zu schaffen. Mit diesem Wärmeschutzelement wurde dann ein Versuch unter denselben Bedingungen durchgeführt, wie oben ausgeführt ist. Die beiden Kontakte öffneten genau, wenn die Umgebungstemperatur 130⁰C betrug. Danach wurden beide Kontakte normalerweise offen gehalten, solange die Spannung an die beiden Kontakte bei einer konstanten Erwärmungstemperatur des Blockes angelegt war. Ende der Beschreibung

909883/0917

ι ^³ Leerseite

Claims

DR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 30 261

Patentansprüche

( T- Wärmeschutzelement, dadurch gekenn ζ e ichnet, daß eine feststehende Elektrode (4), eine bewegliche Elektrode (8), ein Block (10) aus einem auf Wärme ansprechenden Widerstandselement mit einem positiven Wärmekoeffizienten, wobei der Block zwei axiale, durchgehende Öffnungen (10a, 10b) aufweist, und elektrisch leitende Hülsen (11 ,12 ; 16,17) "in einem luftdicht abgedichteten Kolben (1) angeordnet sind, daß die bewegliche Elektrode (8) ein thermisch oder auf Wärme ansprechendes Element (7) aufweist, das gegenüber der feststehenden Elektrode (4) angeordnet ist und sich von dieser (4) weg bewegen kann (um so Kontakte zu öffnen), wenn die Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht, und daß die feststehende (4) und die bewegliche Elektrode (8) über die Hülsen (11,12; 16,17) vorstehen, welche ihrerseits teilweise in die durchgehenden Bohrungen (10a, 10b) des Körpers eines auf Wärme ansprechenden Widerstandselements mit einem positiven Wärmekoeffizienten eingesetzt sind oder ganz durch diese Bohrungen (10a,10b) hindurchgehen.
2. Wärmeschutzelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichne t, daß eine Glasperle (9) an der beweglichen (8) und der feststehenden Elektrode (4) angebracht ist, um sie zu überbrücken. - 2 -

909883/0917

»(089)988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 052456OBERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)
3. Wärmeschutzelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß der Block (10) eines auf Wärme ansprechenden Widerstandselements mit einem positiven Wärmekoeffizienten die feststehende (4) und die bewegliche Elektrode (8) in einem vorbestimmten Abstand voneinander hält.
4. Wärmeschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Wärme ansprechende Element

(7) und die elektrisch leitende Hülse (12;17) durch ein Plättchen (6) miteinander verbunden sind.
5. Wärmeschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (10) aus einem Thermistor mit einem positiven Wärme- oder Temperaturkoeffizienten besteht.
6. Wärmeschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende (4) und die bewegliche Elektrode (8) satt an Metallschichten u.a. anliegen, die auf den Wandungsoberflächen der durchgehenden Bohrungen (10a, 10b) des Blockes (10) eines auf Wärme ansprechenden Widerstandselements mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aufgebracht sind.

909883/0917