DE3319868A1

DE3319868A1 - Overcurrent switch

Info

Publication number: DE3319868A1
Application number: DE19833319868
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 4300 Essen Jorde; Hans-Georg 4330 Mülheim Reiß
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3319868C2

Abstract

The overcurrent switch (circuit breaker) through which current flows and which is suitable for continuous operation contains a switching element which consists of a preformed component (made of a memory alloy) and of a further component, the said components exhibiting a shape change behaviour in opposite directions in the event of temperature changes.

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSENFRIED. KRUPP SOCIETY WITH LIMITED LIABILITY IN ESSEN

überstromschalterovercurrent switch

Die Anmeldung betrifft einen für den Dauerbetrieb geeigneten / stromdurchflossenen ÜberStromschalter, der ein Schaltelement aufweist, dessen Schaltzustand mittels Auslösung des Memoryeffektes veränderbar ist. Infolge des elektrischen Stromes entsteht Joulsche Wärme, die den Memoryeffekt auslöst.The application relates to a current-carrying overcurrent switch suitable for continuous operation, the has a switching element whose switching state can be changed by triggering the memory effect. As a result The electrical current creates Joule heat, which triggers the memory effect.

Nach dem Stand der Technik werden elektrische Schaltungen, Geräte oder ähnliches gegen einen zu hohen Strom abgesichert, wozu meist Schmelzsicherungen oder Bimetallschalter verwendet werden. Der Nachteil der Schmelzsicherungen liegt in ihrer nur einmaligen Verwendbarkeit: Nach dem Durchbrennen ihres Schmelzfadens ist ihr Auswechseln erforderlich. Eine selbsttätige Inbetriebnahme der elektrischen Komponente nach Abschaltung im Störfall ist lediglich mit Bimetallschaltern möglich. Dieser öffnet den Stromkreis, wenn infolge eines zu hohen Stromflusses seine Erwärmung groß genug ist und schließt die geöffneten Kontakte wieder, wenn seine Temperatur wieder weit genug abgesunken ist. Der meist als Bimetallstreifen ausgeführte Bimetallschalter hat jedoch den Nachteil, daß sich die Form des Bimetallstreifens streng monoton mit der Temperatur ändert. Im ungünstigsten Fall öffnet ein solcher Bimetallschalter deshalb nur teilweise, so daß ein kleiner Lichtbogen zwischen den Kontakten die zu dieser Stellung gehörende Gleichgewichtstemperatur aufrecht erhält.According to the state of the art, electrical circuits, devices or the like are protected against too high a current, mostly fuses or bimetallic switches are used for this purpose. The disadvantage of the fuses lies in their only one-time use: After their melting thread has burned through it is necessary to replace it. Automatic start-up of the electrical components after switching off in the event of a malfunction is only possible with bimetal switches. This opens the circuit if as a result of one to high current flow its heating is great enough and closes the open contacts again when its Temperature has dropped again enough. The bimetal switch, which is usually designed as a bimetal strip, has however, the disadvantage that the shape of the bimetal strip changes strictly monotonically with temperature. In the worst case, such a bimetal switch opens only partially, so that a small arc maintains the equilibrium temperature associated with this position between the contacts.

i BAD ORIGINAL ''i BAD ORIGINAL ''

^EV 24/83. , .,1 ^EV 24/83. , .,1

Man hat auch schon versucht, zwei Bimetallstreifen mit unterschiedlichen Kennlinien oder Bimetallstreifen mit einem bistabilen Federelement zu kombinieren. Diese Schalter arbeiten zwar sehr exakt, erfordern aber andererseits einen hohen technischen Aufwand.One has already tried two bimetal strips to combine with different characteristics or bimetal strips with a bistable spring element. These Although switches work very precisely, they also require a high technical effort.

Man hat schließlich auch vorgeschlagen, den Memoryeffekt in Thermoschaltern auszunutzen. Der Memoryeffekt, den bestimmte Legierungen wie z.B. NiTi und CuAlZn zeigen, beruht auf einer spannungsinduzierten, martensitischen Gefügeumwandlung, die reversibel ist.Finally, it has also been proposed to use the memory effect in thermal switches. The memory effect, shown by certain alloys such as NiTi and CuAlZn is based on a stress-induced, martensitic structural transformation that is reversible.

Während der einmalige Teil des Memoryeffektes vor jeder Umwandlung eine erneute plastische Verformung erfordert, genügt es zur Nutzbarmachung des reversiblen Teils des Memoryeffektes^ den Memorykörper anfänglich plastisch zu verformen und ihn anschließend den Temperaturzyklen Erwärmen/Abkühlen zu-unterwerfen. Wie z. B. in der DE-AS 22 61 710 beschrieben, lassen sich Kraftwirkungen bei Zug-, Druck-, Biege- und Torsionsstäben erzeugen und zur zyklischen und kontinuierlichen Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit benutzten.While the one-time part of the memory effect requires a new plastic deformation before each transformation, it is sufficient to utilize the reversible part of the memory effect ^ the memory body initially plastically to deform it and then the temperature cycles Subject to heating / cooling. Such as B. described in DE-AS 22 61 710, can force effects for tension, compression, bending and torsion bars and for cyclical and continuous conversion of heat used in mechanical work.

Hierbei können die Umwandlungstemperaturen durch eine spezielle Zusammensetzung der Memorylegierung innerhalb weiter Grenzen festgelegt werden: Für NiTi liegen sie etwa im Bereich von -50 °C bis +150 °C. Wie bereits 5 in der DE-AS 12 88 363, Anspruch 8 beschrieben, können die Kontakte durch die reversible Bewegung eines . Nickel-Titan-Bauteils geöffnet und geschlossen werden. Obwohl Memorylegierungen aus Nickel und Titan eine ausgeprägte Hysterese mit einer Breite von ca. 40 C aufweisen und in Verbindung mit der Tatsache, daß der spezifische elektrische Widerstand einer Nickel-Titan-Legierung während der Umwandlung ansteigt, erwarten lassen, daß diese Legierung ein ideales Bauteil für einen Überstromschalter wäre, haben experimentelleHere, the transition temperatures can be adjusted by a special composition of the memory alloy within further limits can be set: for NiTi they are approximately in the range from -50 ° C to +150 ° C. As already 5 described in DE-AS 12 88 363, claim 8, the contacts can by the reversible movement of a . Nickel-titanium component can be opened and closed. Although memory alloys made of nickel and titanium have a distinctive one Have hysteresis with a width of about 40 C and in connection with the fact that the the specific electrical resistance of a nickel-titanium alloy increases during the conversion suggest that this alloy would be an ideal component for an overcurrent switch, have experimental

Untersuchungen gezeigt, da,ß wegen der extrem kleinen Schaltwege, die bei einem Uberstromschalter in der Größenordnung von 1/100 mm liegen, die Temperaturzyklen nur unvollständig durchfahren werden und sich deshalb die Hysterese nicht ohne weitere Maßnahmen nutzen läßt.Research has shown that ß because of the extremely small Switching paths, which in an overcurrent switch are in the order of 1/100 mm, the temperature cycles can only be passed through incompletely and therefore the hysteresis cannot be adjusted without further measures can use.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mittels Auslösung des Memoryeffektes betätigbaren überstromschalter zu schaffen, bei dem mit einer technisch einfachen Maßnahme bei Schaltvorgängen die Hysterese vollständig vom Schaltelement durchlaufen wird. Die Aufgabe wird mit einem Uberstromschalter der eingangs genannten Art gelöst, dessen Schaltelement zwei Bestandteile besitzt: Zum einen das Teil aus einem Memorymetall und zum anderen ein weiteres Bestandteil, wobei deren Formänderungsverhalten bei gleichbleibender Temperaturänderung entgegengerichtet ist. Durch diese Maßnahme wird das Öffnen und Schließen der Kontakte solange aufgehalten bzw. verzögert, bis das Bestandteil aus der Memorylegierung eine genügend große Verformung ausgeführt hat.It is therefore the object of the present invention to provide an overcurrent switch that can be actuated by triggering the memory effect to create the hysteresis with a technically simple measure during switching operations is completely traversed by the switching element. The task is with an overcurrent switch of the opening mentioned type solved, the switching element has two components: On the one hand, the part made of a memory metal and on the other hand a further component, whereby its deformation behavior with constant temperature change is opposite. By this measure, the opening and closing of the contacts is long held up or delayed until the component from the memory alloy has a sufficiently large deformation has executed.

Nach Weiterbildung der Erfindung bestehen die weiteren Bestandteile ebenfalls aus einem vorverformten Werkstoff aus Memorymetall oder aus einem Werkstoff mit einem großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/ oder einem hohen spezifischen Widerstand. Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Ausführungsform ist die Stabform, wobei die beiden Bestandteile jeweils auch Stabform besitzen, die Stäbe an einer Stirnseite verbunden sind und der Stromkreis, in den das Bauteil geschaltet ist, sich bei genügend großer longitudinaler Ausdehnung schließt. Die Stäbe können vorteilhafter-According to a further development of the invention, the other components also consist of a pre-deformed material made of memory metal or a material with a high coefficient of thermal expansion and / or a high specific resistance. A preferred embodiment because of its simplicity is that Rod shape, the two components each also having a rod shape, the rods connected at one end face and the circuit in which the component is connected is longitudinal if it is large enough Expansion closes. The rods can advantageously

COPVjCOPVj

weise unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Je nach Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder spezifischem Widerstand de.s weiteren Bestandteils wird in Relation ■· zu der Vorverformung des entsprechenden Memory-Bestandteils auch die Größe und/oder die Form des weiteren Bestandteils bestimmt. So sind z.B. je nach gewünschter Wärmeabstrahlung runde wie rechteckige Körper möglich, wobei eine größere Werkstoffoberfläche und die damit verbundene Wärmeabstrahlung die Schaltzeiten des Über-wise different diameters and / or different Have cross-sectional shapes. Depending on the coefficient of thermal expansion and / or specific Resistance of the further component is in relation to the pre-deformation of the corresponding memory component also determines the size and / or shape of the further component. For example, depending on what you want Heat radiation round and rectangular bodies possible, with a larger material surface and the resulting associated heat radiation the switching times of the over-

stromschalters verkürzt. \. '. current switch shortened. \. '.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann der überstromschalter auch aus einem Bimetallstreifen bestehen, der die Schaltvorgänge ausführt. Jeder der Streifen hat im Vergleich zu dem anderen ein entgegengesetzt wirkendes Formverhalten bei Temperaturänderung. Dabei werden bevorzugt zwei Streifen, wovon mindestens einer aus einem Memorymetall sein muß, .ζ. Β. durch Walzplattieren, aneinander befestigt. Verwendet man einen Streifen aus einem Memorymetall und einen aus .einem Nicht-Memorymetall, so können beide, z. B. durch Vorrecken, vorverformt werden. Bei anschließender .Auslösung des Memoryeffektes treten dann in diesem Bimetallstreifen zwei entgegengesetzt gerichtete Formänderungsverhalten ' der Bestandteile (Streifen) auf, die ein verbessertes Schaltverhalten ermöglichen. Der gleiche Effekt ist mit zwei Streifen aus Memory-Metall möglich: Hier muß nur im Unterschied zum vorgenannten Beispiel der eine' Streifen vorgereckt und der andere gestaucht werden, bevor die Streifen zu einem Bimetall zusammengefügt werden. Als bevorzugte Memorylegierung bietet sich eine Nickel-Titan-Legierung an, als Werkstoff mit großem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird vorteilhafterweise austenitiseher VA-Stahl verwendet _r der eine Zusammensetzung von' 17 bis 18 % Cr, 9 bis 13 % Ni, Rest Fe besitzt. COPY₁ According to a further embodiment, the overcurrent switch can also consist of a bimetallic strip that carries out the switching operations. Each of the strips has an opposite shape behavior when compared to the other when the temperature changes. Two strips are preferred, at least one of which must be made of a memory metal, .ζ. Β. bonded together by roll cladding. If one uses a strip made of a memory metal and one made of .einem non-memory metal, then both, e.g. B. be pre-deformed by pre-stretching. When the memory effect is subsequently triggered, two oppositely directed deformation behaviors of the components (strips) occur in this bimetal strip, which enable improved switching behavior. The same effect is possible with two strips of memory metal: In contrast to the example mentioned above, only one strip has to be pre-stretched and the other compressed before the strips are joined to form a bimetal. As the preferred shape memory alloy is a nickel-titanium alloy offers, as a material with a large coefficient of thermal expansion advantageously austenitiseher is VA steel used _r of a composition of '17 to 18% Cr, 9 to 13% Ni, has residual Fe. COPY ₁

Bei dem Übers.trennschalter in Stabform sind zwei Stäbe aus einer Memorylegierung und einem Werkstoff mit großem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie z.B. ein Austenit VA, sowohl mechanisch wie elektrisch hintereinander geschaltet, wobei eine Verkürzung des Gesamtstabes zu einer Unterbrechung des Stromflusses führt. Wird der aus zwei Bestandteilen bestehende Stab vom Strom durchflossen und übersteigt der Strom eine bestimmte Stärke, so entsteht Joulsche Wärme, die bei dem Stab aus der Memorylegierung entsprechend seiner Vorverformung zu einer Verkürzung führt und bei dem Stab aus einem Stahl gemäß seinem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei steigender Temperatur zu einer. .JVer länger ung führt. Insgesamt reduziert jedoch die aus der Verkürzung des Memorybestahdteils resultierende Wegstrecke das Maß, um das sich der Bestandteil aus dem sich ausdehnenden Metall verlängert. Bei Überschreiten einer von der Vorverformung des Memorywerkstoffes und den "thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metalls abhängenden Temperatur wird der Stromkreis unterbrochen, so daß der Stab bzw. die überstromschalterbestandteile wieder abkühlen. Bei fallender Temperatur kehrt sich jedoch das Formänderungsverhalten der Bestandteile um, so daß sich der Stab aus der Memorylegierung verlängert und der Stab aus dem weiteren Metallbestandteil, z. B. aus austenitischem VA-Stahl, wieder kürzer wird. Insgesamt wird der Stab sich wieder auf eine Länge ausdehnen, bei der der Stromkreis geschlossen ist. Bei abgestimmter Festlegung des Überstroms, der Werkstoffe sowie der Stablängen und Querschnitte ergibt die überlagerung der ent·¹ gegengesetzten Formänderung der Schalterbestandteile in Abhängigkeit von der Temperatur eine modifizierte Hysterese, die eindeutig Schaltungen zuläßt.In the case of the over-disconnector in the form of a rod, two rods made of a memory alloy and a material with a high coefficient of thermal expansion, such as an austenite VA, are connected in series both mechanically and electrically, whereby a shortening of the entire rod leads to an interruption of the current flow. If the current flows through the rod, which consists of two components, and if the current exceeds a certain strength, Joule heat is generated, which leads to a shortening of the rod made of memory alloy according to its pre-deformation, and of the rod made of steel according to its coefficient of linear thermal expansion as it increases Temperature to a. .JLengthening leads. Overall, however, the distance resulting from the shortening of the memory component reduces the amount by which the component from the expanding metal is lengthened. If a temperature that depends on the pre-deformation of the memory material and the "thermal expansion coefficient of the metal" is exceeded, the circuit is interrupted so that the rod or the overcurrent switch components cool down again made of the memory alloy and the rod made of the other metal component, e.g. austenitic VA steel, becomes shorter again. Overall, the rod will again expand to a length at which the circuit is closed. the materials and the rod lengths and cross-sections results in the superimposition of the ent · ^1-set shape change of the switch components in dependence on the temperature of a modified hysteresis, which clearly allows circuits.

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Es ist jedoch ebenso möglich, mit nur einem Schaltbestandteil (Stab oder Metallstreifen) auszukommen. Hierbei ist nur da,für zu sorgen, daß dieses Schaltelement eine derartige plastische Vorverformung erhält, daß bei Erwärmung zwei gegensätzliche Formveränderungen zum öffnen des Schalters und bei anschließender Abkühlung zum Schließen des Schalters verwendet werden.However, it is also possible with just one switching component (Rod or metal strip) to get along. The only thing to do here is to ensure that this switching element such a plastic pre-deformation is obtained that, when heated, two opposing changes in shape can be used to open the switch and then to close the switch when it has cooled down.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawings. Show it:

Fig. 1a, 2a überstromschutzschalter mit stab-Fig. 1a, 2a overcurrent protection switch with rod

förmigem und streifenförmigem Schaltelement undshaped and striped Switching element and

Fig. 1b, 2b die entsprechenden Weg/Temperaturdiagramme der Schaltelemente sowieFig. 1b, 2b the corresponding path / temperature diagrams of the switching elements and

T5 Fig. 3 ein Weg/Zeitdiagramm des SchaltT5 Fig. 3 is a path / time diagram of the switching

elements in Abhängigkeit zu einem Stromflußdiagramm eines Schaltelements entsprechend Fig. 2a.elements as a function of a current flow diagram of a switching element according to Fig. 2a.

Das in Fig. 1a dargestellte Schaltelement befindet sich in einem Stromkreis, der geschlossen ist, wenn die Kontaktstelle 1 des Stabes 2 aus der Memorylegierung mit 55 % Ni und 45 % Ti und die federnd gelagerte Kontakt-, stelle 3 in Berührung stehen. Mit der der Kontaktstelle 1 gegenüberliegenden Stirnseite 4 am anderen Ende des Stabes 2 ist ein Stab 5 aus dem Stahl X 12 Cr Ni 18 8 mit einer Zusammensetzung von weniger als 0,15 % C, 18 % Cr und 9- % Ni, ggf. über eine Verbindungsmuffe, verbunden. Das andere Ende dieses Stabes wiederum steht mit dem restlichen Stromkreis inThe switching element shown in Fig. 1a is in a circuit which is closed when the contact point 1 of the rod 2 made of the memory alloy with 55% Ni and 45% Ti and the spring-loaded contact point 3 are in contact. With the end face 4 opposite the contact point 1 at the other end of the rod 2, there is a rod 5 made of the steel X 12 Cr Ni 18 8 with a composition of less than 0.15% C, 18 % Cr and 9% Ni, possibly via a connecting sleeve. The other end of this rod is in turn connected to the rest of the circuit

Verbindung wie Kontakt 3. Der Stab 2 ißt so plastisch vorverformt, daß sich bei einer Temperaturerhöhung seine lineare Ausdehnung mit der durch den Memoryeffekt bedingten Verkürzung des Stabes überlagert. Der aus Stäben 2 und 5 zusammengesetzte Stab wird sich, solange die thermisch bedingte Ausdehnung überwiegt, verlängern und erst, wenn sich der Memoryeffekt stärker auswirkt, insgesamt zu einer Verkürzung des Gesamtstabes führen.Connection like contact 3. The rod 2 eats so plastically pre-deformed, that with a temperature increase its linear expansion with that of the memory effect conditional shortening of the rod superimposed. The rod composed of rods 2 and 5 becomes as long as the thermally induced expansion predominates, and only when the memory effect increases has a stronger effect, overall lead to a shortening of the entire rod.

Das Formänderungsverhalten des in Fig. 1 dargestellten Schalters ist Fig. Ib zu entnehmen.. Nach Durchlauf des ersten Temperaturzyklus (der Neukurve), ausgehend von der Raumtemperatur, durchläuft der Schalter Hysteresezyklen, jeweils unter Ausnutzung des reversiblen Anteils des Memoryeffektes. Die Stäbe 2 und 5 sowie der Kontakt 3 sind so einander zugeordnet, daß bei Raumtemperatur der Stromkreis geschlossen ist, d. h. die Kontakte 1 und 3 sich berühren. Eine Temperaturerhöhung führt zunächst zu einer linearen Ausdehnung der Stäbe 2 und 5. Daher muß der Kontakt 3 auch federnd gelagert werden. Bei Erreichen einer Temperatur T.. hat der"aus den Stäben 2 und 5 zusammengesetzte Stab seine maximale lineare Ausdehnung erreicht. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung des Stabes 2 überlagert sich die thermisch bedingte lineare Ausdehnung und die durch den ausgelösten Memoryeffekt bedingte Kontraktion, so daß der Stab 2 aus dem Memorymetall so stark kontrahiert, daß die Verkürzung auch die lineare Ausdehnung des Stabes 5 übersteigt. Dadurch bedingt trennen sich bei der Temperatur T₂ die Kontakte 1 und 3; der Stromkreis wird unterbrochen. Hiernach wird den Stäben 2 und 5 keine aus dem elektrischen Stromfluß herrührende Wärme mehr zugeführt, so daß sie allmäh-The deformation behavior of the switch shown in Fig. 1 is shown in Fig. Ib .. After running through the first temperature cycle (the new curve), starting from room temperature, the switch goes through hysteresis cycles, each using the reversible portion of the memory effect. The rods 2 and 5 and the contact 3 are assigned to one another in such a way that the circuit is closed at room temperature, ie the contacts 1 and 3 touch. An increase in temperature initially leads to a linear expansion of the rods 2 and 5. Therefore, the contact 3 must also be resiliently mounted. When a temperature T .. is reached, the rod composed of rods 2 and 5 has reached its maximum linear expansion. If the temperature of rod 2 increases further, the thermally induced linear expansion and the contraction caused by the triggered memory effect are superimposed, so that the Rod 2 made of the memory metal contracts so strongly that the shortening also exceeds the linear expansion of rod 5. As a result, _{contacts 1 and 3 separate at temperature T 2} ; the circuit is interrupted heat from the electrical current flow is supplied more so that it gradually

• ⁰⁰SO• ⁰⁰ SUN

lieh abkühlen- Bei dieser. Abkühlung überlagern sich die thermisch bedingte Kontraktion des Stabes 5 sowie die durch den Memoryeffekt induzierte Formänderung des Stabes 2 und seine.' aufgrund der Abkühlung thermisch, bedingte Kontraktion derart/ daß das Schaltelement bei Erreichen der Temperatur T₃ ein Kontraktionsmaximum erreicht. Bei weiterer Abkühlung dehnt sich das aus den Stäben 2 und 5 bestehende Schaltelement -■aufgrund des überwiegenden Memoryeffektes wieder aus, so daß es bei der Temperatur T₄ wieder zum Einschalten, d. h. zum Schließen des Stromkreises und bei der Temperatur T₅ wieder zum Öffnen des Stromkreises kommt. Zwischen den letztgenannten beiden Temperaturen liegen die jeweiligen Aus- und Abschaltphasen des Überstromschalters im Dauerbetrieb.borrowed cool- at this one. Cooling, the thermally induced contraction of the rod 5 and the change in shape of the rod 2 and its induced by the memory effect are superimposed. due to the cooling, thermally induced contraction in such a way / that the switching element reaches a contraction _{maximum when the temperature T 3 is reached.} With further cooling, the switching element consisting of rods 2 and 5 expands again due to the predominant memory effect, so that at temperature T ₄ it is switched on again, ie to close the circuit and at temperature T ₅ again to open the Circuit comes. The respective switch-off and switch-off phases of the overcurrent switch in continuous operation are between the latter two temperatures.

Jeweils bei einer bestimmten Weglänge, die einer bestimmten Ausdehnung der aus Stäben 2 und 5, ggf. mit einer Verbindungsmuffe verbundenen Gesamtanordnung entspricht, berühren sich Kontakte 1 und 3. Eine weitere Verlängerung der Gesamtlänge der Stäbe 2 und 5, die zwischen den Temperaturen T₄ und T_ auftritt, bewirkt einen geschlossenen Stromkreis, eine Verkürzung des Stabes bis zu einer Länge, die kleiner als die zum Einschalten erforderliche Länge ist, zum Öffnen des Strom-5 kreises, was zwischen den Temperaturen T₁. und T. während des Abkühlvorgangs auftritt. Die in Fig. 1 feststellbaren hinsichtlich der zum Ein- und Ausschalten erforderlichen Stablängen (Wege s) differieren minimal. Diese Abweichungen der Wege s beim Ein- und Ausschaltvorging sind vermutlich durch unterschiedlich lange Lichtbogen, die kurzzeitig beim Ein- und Ausschalten auftreten, zu erklären. Auch wird der Abbrand der Kontaktstelle und dessen Erwärmung zu kleinen Verschiebungen der Weglängen 3 bei den Ein- und Ausschalttgmpe--^Each at a certain path length of a certain extent of from bars 2 and 5, optionally with a coupling sleeve connected overall arrangement corresponding contacts 1 and 3. A further extension of the total length touch each of the rods 2 and 5, between the temperatures T ₄ and T_ occurs, causes a closed circuit, a shortening of the rod to a length that is smaller than the length required for switching on, to open the circuit, which occurs between temperatures T ₁ . and T. occurs during the cooling process. The ascertainable in Fig. 1 with regard to the rod lengths (paths s) required for switching on and off differ minimally. These deviations in the paths s when switching on and off can probably be explained by arcs of different lengths that occur briefly when switching on and off. Also, the burn-off of the contact point and its heating lead to small shifts in the path lengths 3 in the on and off switch-offs - ^

raturen T. und T₅ führen. Im. übrigen sind kleinere Abweichungen der Kurve vom erwarteten Idealverlauf durch Meßfehler im dargestellten Schreiberdiagramm zu erklären. Die Abweichungen bewegen sich im Bereich VQn einigen tausendstel Millimetern, Die Einschalttemperatur bei Dauerbetrieb T. betrug ca, 54°, die Abschalttemperatur T₁. knapp 80 ⁰C.ratures T. and T ₅ lead. In addition, smaller deviations of the curve from the expected ideal course can be explained by measurement errors in the plotter diagram shown. The deviations are in the range VQn a few thousandths of a millimeter, the switch-on temperature during continuous operation T. was approx. 54 °, the switch-off temperature T ₁ . just under 80 ⁰ C.

Entsprechend Fig. 1b ist beim Neudurchlauf ein Abschalten erst bei der Temperatur T₀ zu beobachten, während bei dem wiederholten Durchlauf schon bei der Temperatur T₅ der Stromkreis geöffnet, d. h. abgeschaltet wird. Dieses unterschiedliche Abschaltverhalten zwischen dem Neu- und dem wiederholten Durchlauf ist damit zu erklären, daß im ersten Zyklus der Stab 5 stärker erwärmt wird (und sich dementsprechend stärker ausdehnt) als der Stab 2, an dem der dargestellte Temperaturverlauf gemessen worden ist.According to FIG. 1b, a switch-off can only _{be observed at the temperature T 0} in the case of a new run, while in the repeated run the circuit is opened, ie switched off, _{at the temperature T 5.} This different shutdown behavior between the new and the repeated run can be explained by the fact that in the first cycle the rod 5 is heated more strongly (and accordingly expands more) than the rod 2 on which the temperature profile shown was measured.

Das in Fig. 2a dargestellte streifenförmige Schaltelement 8 befindet sich ebenfalls in einem Stromkreis und besitzt an einem seiner Enden einen Kontakt 7, der mit einem Kontakt 6 den Stromkreis schließen kann. Der Streifen 8 besteht aus einer Memorylegierung aus 55 % Ni und 45 % Ti und ist an seinen Enden 8' und 8" so plastisch vorverformt, daß die mittels Auslösung des Memoryeffektes bewirkten Verformungen an den Enden 8¹ und 8" entgegengesetzt gerichtet sind. Bei Erreichen der Umwandlungstemperatur T_g bewirkt die Verformung am Ende 8" des Streifens 8 ein öffnen des Schalters, d. h, ein Trennen der Kontakte 6 und 7. Das Ende 8¹ des Streifens 8 ist so vorverformt, daß nach Wiedereinschaltung bei Temperatur T_ die Kontakte 6 unc 7 solange geschlossen bleiben, bis die infolge desThe strip-shaped switching element 8 shown in FIG. 2a is also located in a circuit and has at one of its ends a contact 7 which can close the circuit with a contact 6. The strip 8 consists of a memory alloy of 55% Ni and 45% Ti and is so plastically pre-deformed at its ends 8 'and 8 "that the deformations caused by triggering the memory effect ^{are opposite at the ends 8 1} and 8". When the transformation _{temperature T g is reached} , the deformation at the end 8 "of the strip 8 causes the switch to open, i.e. the contacts 6 and 7 to be separated. The end 8 ^{1 of} the strip 8 is so pre-deformed that after switching on again at temperature T_ the contacts 6 and 7 remain closed until the result of the

copf!copf!

— J I- J I

reversiblen Memoryeffektes reproduzierbare Hysterese durchlaufen ist und der Schalter den Stromkreis wieder öffnen kann- Ähnlich wie im vorbeschriebenen Fall wird auch hier zunächst eine Neukurve durchlaufen/ wobei das erste Abschalten bzw. öffnen des Stromkreises bei der Temperatur T-. eintritt.reversible memory effect, reproducible hysteresis has gone through and the switch reconnects can open - Similar to the case described above, a new curve is first run through / whereby the first disconnection or opening of the circuit at temperature T-. entry.

Das in Fig. 3 dargestellte Schaltverhalten des Schaltelements entsprechend Fig. 2a zeigt deutlich/ daß sowohl die Einschaltdauer als auch die Einschaltfrequenz nach Durchlauf der Neukurve 9 gut reproduzierbar sind. Der Schalter schließt den Stromkreis jeweils bei der in Fig. 2a dargestellten Stellung an dem Weg S₁ entsprechenden Schaltpunkten 10 und öffnet, wenn der Kontakt 7 eine Stellung überschreitet, die dem Weg S₂ bzw. den Schaltpunkten 11 entspricht.The switching behavior of the switching element shown in FIG. 3 according to FIG. 2a clearly shows that both the switch-on duration and the switch-on frequency after the new curve 9 has been run through can be reproduced well. The switch closes the circuit in the position shown in FIG. 2a at the _{switching points 10 corresponding to the path S 1} and opens when the contact 7 exceeds a position which corresponds to the path S ₂ or the switching points 11.

Die Einschaltzeiten betrugen im in Fig. 3 dargestellten Beispiel ca. 6 see, die Abschaltzeiten ca. 60 see.In the example shown in FIG. 3, the switch-on times were approx. 6 seconds, the switch-off times approx. 60 seconds.

Neben den bereits obengenannten Legierungen sind prinzipiell auch andere Legierungen verwendbar. Dies gilt sowohl für die Memory legierungen als auch für (VA-) Stähle mit 17 bis 18 % Cr und 9 bis 13 % Ni.In addition to the alloys already mentioned above, other alloys can in principle also be used. this applies to both memory alloys and (VA) steels with 17 to 18% Cr and 9 to 13% Ni.

Claims

Expectations

(IJ Current-carrying suitable for continuous operation Overcurrent switch with a switching element whose switching state is determined by the electrical Joule heat generated by the current by means of tripping the memory effect is changeable, characterized in that the Switching element a pre-deformed component made of a memory alloy and another component contains, which show an opposite deformation behavior when the temperature changes.

2. Overcurrent switch according to claim 1, characterized in that that the further component also consists of a pre-deformed workpiece made of a memory alloy consists.

3. Overcurrent switch according to claim 1, characterized in that that the further component is made of a material with a large coefficient of expansion and / or with a high specific resistance.

4. Overcurrent switch according to claims 1 to 3, in which

the components joined together to form a bimetal strip who performs the switching operations.

5. Overcurrent switch according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the switching element consists of two rods connected at one of their end faces consists, of the other end faces at least one to open and close the circuit with is connected to an electrical contact.

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Vo / B

6. Overcurrent switch according to claim 5, characterized by rods of different diameters and / or different cross-sections.

7. ÜberstroiTischalter according to claim 6, characterized in that that the cross-sectional area ratio of the rod made of a memory alloy and the further Rod is between 1: 1 and 3: 1.

8. over current switch according to claims 1 to 2, characterized characterized in that the pre-deformed component and the further component form a body from one Form memory alloy of uniform composition / whose components are pre-deformed differently are.

9. Overcurrent switch according to claims 1 to 8, characterized characterized in that the memory alloy consists of 54 to 56% Ni and 46 to 44% Ti.

10. Overcurrent switch according to claims 5 to 7, characterized characterized in that the rods are made of an alloy of a steel of 17 to 18% Cr, 9 to 13% Ni, Remainder Pe and consist of a memory alloy of 55% Ni and 45% Ti.