DE3319868C2

DE3319868C2 - Overcurrent switch

Info

Publication number: DE3319868C2
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: 1986-06-26
Also published as: DE3319868A1

Abstract

Der für den Dauerbetrieb geeignete stromdurchflossene Überstromschalter enthält ein Schaltelement, das aus einem vorverformten Bestandteil aus einer Memorylegierung und einem weiteren Bestandteil besteht, wobei die genannten Bestandteile bei Temperaturänderungen ein entgegengerichtetes Formänderungsverhalten zeigen.The current-carrying overcurrent switch, which is suitable for continuous operation, contains a switching element which consists of a pre-deformed component made of a memory alloy and a further component, the mentioned components showing an opposite deformation behavior in the event of temperature changes.

Description

Die Anmeldung betrifft einen Überstromschalter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The application relates to an overcurrent switch according to the preamble of claim 1.

Ein solcher ist aus der DE-OS 27 01 884 bekannt.Such is known from DE-OS 27 01 884.

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 erhältAccording to the prior art, electrical circuits, devices or the like are too high Electricity protected, for which mostly fuses or bimetal switches are used. The disadvantage of the fuses lies in their only one-time use: After yours has blown It is necessary to replace the melt filament. Automatic commissioning of the electrical components after shutdown in the event of a malfunction is only possible with bimetal switches. This opens the circuit, if, as a result of an excessively high current flow, it is heated enough and closes the open contacts again when its temperature has dropped again enough. Mostly designed as a bimetallic strip Bimetal switch, however, has the disadvantage that the shape of the bimetal strip is strictly monotonous with the temperature changes In the worst case, such a bimetal switch opens only partially, so that a small arc between the contacts the equilibrium temperature associated with this position maintains

Man hat auch schon versucht, zwei Bimetallstreifen zu kombinieren, von denen nach der DE-OS 20 13 916 der erste seitens des elektrischen Stromes direkt geheizt wird, während der zweite an einer freien Kante des ersten Bimetallstreifens befestigt ist und somit seitens des ersten Bimetallstreifens über die Verbindungsstelle indirekt geheizt wird. Die Bimetallstreifes« sollen sich im Beheizungsfalle in entgegengesetzten Richtungen ausbiegen, bis sie feststehende Kontakte berühren. Nachteilig wirkt sich bei gekoppelten Bimetallschaltern aus,Attempts have also been made to combine two bimetal strips, one of which according to DE-OS 20 13 916 the first is heated directly by the electric current, while the second is heated by a free edge of the first bimetal strip is attached and thus on the part of the first bimetal strip over the connection point is heated indirectly. The bimetallic strips «should bend in opposite directions when heated, until they touch stationary contacts. The disadvantage of coupled bimetal switches is that

daß deren durch Überlagerung der beiden Kennlinien zu gewinnende gemeinsame Kennlinie linear verläuft. Erreichen die Bimetalle eine Temperatur, bei der deren Verformung eine Unterbrechung des Stromkreises bewirkt bzw. bewirken, so wird sich zwischen den Schaltkontakten ein Lichtbogen aufbauen, der gerade die Wärmemenge den Bimetaiien zuführt, die zur Aufreehterhaltung einer konstanten Temperatur erforderlich ist, so daß ein Reststrom über diesen Lichtbogen fließt. Ist hingegen die Steigung der Summenkennlinie der beiden Bimetalle hinreichend groß, so wird schon nach geringfügiger Abkühlung der Stromkreis wieder geschlossen, ohne daß eine thermische Entlastung des Stromkreises möglich wäre.
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 Gefiigeumwandlung, die reversibel ist. 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 benutzen.that their common characteristic to be obtained by superimposing the two characteristics runs linearly. If the bimetals reach a temperature at which their deformation causes an interruption of the circuit, an arc will build up between the switching contacts, which just supplies the heat to the bimetals that is necessary to maintain a constant temperature, so that a residual current flows over this arc. If, on the other hand, the slope of the cumulative characteristic curve of the two bimetals is sufficiently large, the circuit is closed again after a slight cooling-off, without thermal relief of the circuit being possible.
Finally, it has also been proposed to use the memory effect in thermal switches. The memory effect that certain alloys such as B. NiTi and CuAlZn show, is based on a stress-induced, martensitic structure transformation, which is reversible. While the unique part of the memory effect requires renewed plastic deformation before each transformation, it is sufficient to utilize the reversible part of the memory effect to initially plastically deform the memory body and then subject it to the temperature cycles of heating / cooling. Such as As described in DE-AS 22 61 710, forces can be generated in tension, compression, bending and torsion bars and used for the cyclical and continuous conversion of heat into 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 —50⁰C bis + 150⁰C. Wie bereits 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 ferner Memorylegierungen aus Nickel undHere, the transformation temperatures can be set within wide limits through a special composition of the memory alloy: For NiTi they already are in the range from -50 ⁰ C to 150 ⁰ C. As shown in the DE-AS 12 88 363, claim 8 described can the contacts are opened and closed by the reversible movement of a nickel-titanium component.
Although also memory alloys made of nickel and

Titan eine ausgeprägte Hysterese mit einer Breite von ca. 40⁰C aufweisen und der spezifische elektrische Widerstand einer Nickel-Titan-Legierung während der Umwandlung ansteigt, was erwarten läßt, daß diese Legierung ein ideales Material für einen Überstromschalter wäre, haben experimentelle Untersuchungen gezeigt, daß bei Erreichen der materialspezifischen Übergangstemperatur zwar eine Trennung der Kontakte einsetzt, sich jedoch gleichzeitig ein Lichtbogen zwischen diesen Kontakten ausbildet, der die weitere Abkühlung des Schaltelementes verhindert Selbst wenn es zu einem Abreißen des Lichtbogens kommt, kann der Memorywerkstoff die Hysterese nicht vollständig durchlaufen, da die hierzu notwendige maximale Temperatur nicht erreicht wird, wenn die Kontakte bei zu geringer Erwärmung getrennt werden. Die extrem kleinen Schaltwege, die in der Größenordnung von Vk» mm liegen, erlauben es jedenfalls bei einem Stromüberlastungsschutz gemäß der DE-OS 27 01 884 nicht, die Temperaturzyklen vollständig zu durchfahren, es sei denn, man wendet weitere Maßnahmen wie den Einsatz eines bistabüen Federelementes (Schalter 18 In Fig.3 der DE-OS 27 01 884) an.Titanium have a pronounced hysteresis with a width of approx. 40 ⁰ C and the specific electrical resistance of a nickel-titanium alloy increases during the conversion, which suggests that this alloy would be an ideal material for an overcurrent switch, experimental investigations have shown, that when the material-specific transition temperature is reached, the contacts are separated, but at the same time an arc is formed between these contacts, which prevents the switching element from cooling further the maximum temperature required for this is not reached if the contacts are separated when the temperature is too low. The extremely small switching paths, which are in the order of magnitude of Vk »mm, do not allow the temperature cycles to be passed through completely in the case of current overload protection according to DE-OS 27 01 884, unless further measures such as the use of a bistable are used Spring element (switch 18 in Figure 3 of DE-OS 27 01 884).

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mittels Auslösung des Memory betätigbaren Überstromschalter zu schaffen, bei dem mit einer technisch einfachen Maßnahme bei Schaltvorgängen die Hysterese vollständig vom Schaltelement durchlaufen wird, wobei die Schaltkontakte so schnell getrennt werden, daß die Ausbildung eines langzeitig brennenden Lichtbogens und die Einstellung eines Temperaturgleichgewichtes an den Kontaktstellen verhindert wird.It is therefore the object of the present invention to provide an overcurrent switch which can be actuated by triggering the memory to create the hysteresis with a technically simple measure during switching operations is completely traversed by the switching element, the switching contacts are separated so quickly that the formation of a long-term burning arc and the setting of a temperature equilibrium is prevented at the contact points.

Die Aufgabe wird mit einem Überstromschalter der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst 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 hatThe task is with an overcurrent switch of the type mentioned by the characterizing Features of claim 1 solved by this measure, the opening and closing of the contacts 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 vorteilhafterweise unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Je nach Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder spezifischem Widerstand des 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 Überstromschalters verkürzt.According to a further development of the invention, the other components also consist of a pre-deformed one Material made from memory metal or from a material with a large coefficient of thermal expansion and / or a high specific resistance. An embodiment preferred because of its simplicity is the rod shape, with the two components each also have a rod shape, the rods are connected at one end and the circuit in which the Component is switched, closes when the longitudinal expansion is sufficiently large. The rods can advantageously have different diameters and / or different cross-sectional shapes. Depending on Thermal expansion coefficient and / or specific resistance of the further component is in relation in addition to the pre-deformation of the corresponding memory component, the size and / or shape of the further constituent determined. So are z. B. depending on the desired heat radiation round and rectangular Body possible, with a larger material surface and the associated heat radiation Switching times of the overcurrent switch shortened.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann der Übertromschalter 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, z.According to a further embodiment, the overcurrent switch can also consist of a bimetal strip, who performs the switching operations. Each of the stripes has one opposite in comparison to the other effective shape behavior with temperature change. Two strips of which are preferred at least one must be made of a memory metal, e.g.

B. 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 ausB. by roll cladding, attached to each other using a strip of a memory metal and one made of a non-memory metal, both, e.g. B. be pre-deformed by pre-stretching. With subsequent The memory effect is then triggered by two opposing forces in this bimetal strip directed deformation behavior of the components (strips), which enable an improved switching behavior. The same effect is made with two strips

ίο 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 austenitischer VA-Stahl verwendet, der eine Zusammensetzung von 17 bis 18% Cr, 9 bis 13% Ni, Rest Fe besitzt
Bei dem Überstromschalter in Stabform sind zwei Stäbe aus einer Memorylegierung un^ 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 Verlängerung führt Insgesamt reduziert jedoch die aus der Verkürzung des Memorybestandteils 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 daßίο Memory metal possible: In contrast to the example mentioned above, one strip only has to be pre-stretched and the other compressed before the strips are joined together to form a bimetal. A nickel-titanium alloy is the preferred memory alloy; austenitic VA steel with a composition of 17 to 18% Cr, 9 to 13% Ni, the remainder Fe is advantageously used as the material with a high coefficient of thermal expansion
In the case of the overcurrent switch in rod form, two rods made of a memory alloy and a material with a high coefficient of thermal expansion, such as, for. B. an austenite VA, both mechanically and electrically connected in series, whereby a shortening of the entire rod leads to an interruption of the current flow Rod made of the memory alloy leads to a shortening according to its pre-deformation and leads to a lengthening of the rod made of a steel according to its linear thermal expansion coefficient with increasing temperature expanding metal elongated. If a temperature dependent on the pre-deformation of the memory material and the thermal expansion coefficient of the metal is exceeded, the circuit is interrupted so that

der Stab bzw. die Übeistromschalterbestandteile wieder abkühlen. Bei fallender Temperatur kehrt sich jedoch das Formänderungsverhalten der Bestandteile um, so daß sich der Stab aus der Memorylegiening verlängert und der Stab aus dem weiteren Metallbestandteil,the rod or the overcurrent switch components again cooling down. However, when the temperature falls, the deformation behavior of the components is reversed, so that the rod from the memory alloy extends and the rod from the other metal component,

z. B. aus austenitischem VA-Stahl, wieder kürze«- 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 diez. B. austenitic VA steel, again for short «- is. Overall, the rod will expand again to a length at which the circuit is closed. at A coordinated definition of the overcurrent, the materials as well as the rod lengths and cross-sections results in the

Überlagerung der entgegengesetzten Formänderung der Schalterbestandteile in Abhängigkeit von der Temperatur eine modifizierte Hysterese, die eindeutig Schal"'.n?en zuläßt.Superposition of the opposite change in shape of the switch components as a function of the temperature a modified hysteresis, which clearly allows scarf "'. n?

Es ist jedoch ebenso möglich, mit nur einem Schaltbestandteil (Stab Oi¹Cr Metallstreifen) aujsukommen. Hierbei ist nur dafür zu sorgen, daß dUses Schaltelement eine derartige plastische Vorverformung erhält, daß bei Erwärmung zwei gegensätzliche Formveränderungen zum öffne.ι des Schalters und bei anschließender Abkühlung zum Schließen des Schalters verwendet werden.However, it is also possible to come up with just one switching ^{component (rod Oi 1} Cr metal strip). It is only necessary to ensure that the switching element receives such a plastic pre-deformation that, when heated, two opposing changes in shape are used to open the switch and, when it cools down, to close the switch.

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

Fig. la, 2a Überstromschutzschalter mit stabförmi-Fig. La, 2a overcurrent protection switch with rod-shaped

«55 gern und streifenförmigem Schaltelement und«55 like and strip-shaped switching element and

Fi g. Ib, 2b die entsprechenden Weg/Temperaturdiagramme der Schaltelemente sowieFi g. Ib, 2b the corresponding path / temperature diagrams the switching elements as well

Fig. 3 ein Weg/Zeitdiagramm des Schaltelements in3 shows a path / time diagram of the switching element in FIG

Abhängigkeit zu einem Stromflußdiagramm eines Schaltelements entsprechend F i g. 2a.Dependence on a current flow diagram of a switching element according to FIG. 2a.

Das in F i g. 1 dargestellte Schaltelement befindet sich in einem Stromkreis, der geschlossen ist, wenn der Kontakt 1 des Stabes 2 aus Memorylegierung mit 55% Ni und 45% Ti und der federnd gelagerte Kontakt 3 in Berührung stehen. Mit der dem Kontakt 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 in Verbindung wie Kontakt 3. Der Stab 2 ist 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 zusammoiig<.o>_ii.i<_ otäD V.;TO SiCPi, SCiungC CiS 1..STmISC, OS- dingte Ausdehnung überwiegt, verlängern und erst, wenn sich der Memoryeffekt stärker auswirkt, insgesamt zu einir Verkürzung des Gesamtstabes führen.The in Fig. 1 is located in a circuit which is closed when the contact 1 of the rod 2 made of memory alloy with 55% Ni and 45% Ti and the spring-loaded contact 3 are in contact. With the end face 4 opposite the contact 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 over a connecting sleeve connected. The other end of this rod is in turn connected to the rest of the circuit like contact 3. The rod 2 is so plastically deformed that when the temperature increases, its linear expansion is superimposed on the shortening of the rod caused by the memory effect. The expansion caused by rods 2 and 5 together <.o> _ii.i <_ otäD V.; TO SiCPi, SCiungC CiS 1..STmISC, OS- predominates, lengthen and only increases when the memory effect has a stronger effect lead to a shortening of the entire rod.

Das Formänderungsverhalten des in F i g. 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 trenner, 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 allmählich 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 7i wieder zum Einschalten, d. h. zum Schließen des Stromkreises und bei der Temperatur Ts wieder zum öffnen des Stromkreises kommL Zwischen den letztgenannten beiden Temperaturen liegen die jeweiligen Aus- und Abschaltphasen des Überstromschalters im Dauerbetrieb. The deformation behavior of the in F i g. 1 shown switch is shown in Fig. Ib. After running through the first temperature cycle (the new curve), based on the room temperature, the switch runs through hysteresis cycles, in each case using the reversible part 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 rod 2 expands the memory metal contracts so strongly that the shortening also exceeds the linear expansion of the rod 5. As a result, contacts 1 and 3 are separated at temperature T _2; the circuit is interrupted. Thereafter, the rods 2 and 5 are no longer supplied with heat resulting from the flow of electrical current, so that they gradually cool down. During this cooling, the thermally induced contraction of the rod 5 and the change in shape of the rod 2 induced by the memory effect and its thermally induced contraction due to the cooling overlap in such a way that the switching element reaches a maximum contraction when the temperature T3 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 7i it comes back to switch on, ie to close the circuit and at temperature Ts to open the circuit again The latter two temperatures are the respective switch-off and switch-off phases of the overcurrent switch in continuous operation.

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 Ti 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 Stromkreises, was zwischen dem Temperaturen Γ5 und T_t während des Abkühlvorgangs auftritt. Die in F i g. 1 feststellbaren hinsichtlich der zum Ein- und Ausschalten erforderlichen Stablängen (Wege s) differieren minimal. Diese Abweichungen der Wege 5 beim Ein- und Ausschaltvorgang sind vermutlich durch unterschiedlich lange Lichtbogen, die kurzzeitig beim Ein- und Ausschalten auftreten, zu erklären. Auch wird der Abstand der Kontaktstelle und dessen Erwärmung zu kleinen Verschiebungen der Weglängen s bei den Ein- und Ausschalttemperaturen T₄ 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 von einigen tausendstel Millimetern. Die Einschs!ttemⁿeratur bei Dauerbetrieb Tj betrug ca. 54°C, die Abschalttemperatur T₅ knapp 80° C.
Entsprechend Fig. Ib ist beim Neudurchlauf ein Abschalten erst bei der Temperatur T₂ zu beobachten, während bei dem wiederholten Durchlauf schon bei der Temperatur Γ5 der Stromkreis geöffnet, d. h. abgeschaltet wird. Dieses unterschiedliche Abschaltverhalten zwisehen dem Neu- und dem wiederholten Durchlauf ist damit zu erklären, daß im ersten Zyklus der Stab 5 stärker erwf :'mt wird (und sich dementsprechend stärker ausdehnt) als der Stab 2, an dem der dargestellte Temperaturverlauf gemessen worden ist.
Das in F i g. 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 uns ist an seinen Enden 8' und 8" so plastisch vorverformt, daß die mittels Auslösung des Memoryeffektes bewirkten Verformungen an den Enden 8' und 8" entgegengesetzt gerichtet sind. Bei Erreichen der Umwandlungstemperatur T₈ bewirkt die Verformung am Ende 8" des Streifens 8 ein Öffnen des Schalters, d. h. ein Trennen der Kontakte 6 und 7. Das Ende 8' des Streifens 8 ist so vorverformt, daß nach Wiedereinschaltung bei Temperatur T₁ die Kontakte 6 und 7 solange geschlossen bleiben, bis die infolge des 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 Tf, eintritt.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 Ti occurs, causes a closed circuit, a shortening of the rod to a length which is smaller than the length required for switching on, in order to open the circuit, which occurs between the temperatures Γ5 and T _t during the cooling process. The in F i g. 1 ascertainable with regard to the rod lengths (paths s) required for switching on and off differ minimally. These deviations in paths 5 when switching on and off can probably be explained by arcs of different lengths that occur briefly when switching on and off. The distance between the contact point and its heating will also lead to small shifts in the path lengths s at the switch-on and switch-off temperatures T ₄ and T ₅ . Incidentally, minor 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 of a few thousandths of a millimeter. The Einschs! Ttem ⁿ perature during continuous operation Tj was about 54 ° C, the shutdown temperature T ₅ about 80 ° C.
According to FIG. 1b, a switch-off can only be observed at temperature T ₂ during a new run, while the circuit is opened, ie switched off, at temperature Γ5 during the repeated run. 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 becomes stronger (and accordingly expands more) than the rod 2, on which the temperature profile shown was measured.
The in Fig. 2a, the strip-shaped switching element 8 shown is also located in a circuit and has a contact 7 at one of its ends, 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 to the ends 8' and 8". Upon reaching the transition temperature T causes _8, the deformation at the end 8 'of the strip 8, an opening of the switch, ie, a separation of the contacts 6 and 7. The end 8' of the strip 8 is so preshaped that after reclosure at temperature T _1, the contacts 6 and 7 remain closed until the hysteresis, which is reproducible due to the reversible memory effect, has passed and the switch can reopen the circuit Temperature Tf, entering.

Das in F i g. 3 dargestellte Schaltverhalten des Schaltelements entsprechend F i g. 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 s-, entsprechenden Schaltpunkten 10 und öffnet, wenn der Kontakt 7 eine Stellung überschreitet, die dem Weg s₂ bzw. den Schaltpunkten 11 entspricht
Die Einschaltzeiten betrugen im in F i g. 3 dargestellten Beispiel ca. 6 see, die Abschaltzeiten ca. 60 see.The in Fig. 3 illustrated switching behavior of the switching element according to FIG. 2a clearly shows that both the switch-on duration and the switch-on frequency can be reproduced well after the new curve 9 has been run through. The switch closes the circuit in the position shown in FIG. 2a at the path s, corresponding switching points 10 and opens when the contact 7 exceeds a position which corresponds to the path s ₂ or the switching points 11
The switch-on times were in FIG. 3 shown example approx. 6 seconds, the switch-off times approx. 60 seconds.

Neben den bereits obengenannten Legierungen sind prinzipiell auch andere Legierungen verwendbar. Dies eilt sowohl für die Memorylegierungen 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 rushes for the memory alloys as well as for (VA) steels with 17 to 18% Cr and 9 to 13% Ni.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. overcurrent switch a ^ s current overload protection, which is a pre-deformed one with a current flowing through it Has part of a memory metal containing switching element, 'which when reaching a critical Current value as a result of heating by its change in shape interrupts the flow of current, thereby characterized in that the switching element is connected to the pre-deformed component has another component, also through which current flows, which is a part of the pre-deformed component shows opposite deformation behavior, whereby the two deformation paths adds the opening and closing of the contacts (1,3; 6,7).

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

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

4. Overcurrent switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the components are joined together to form a bimetal strip that performs the switching operations.

5. Overcurrent switch according to one of claims 1 to 3, characterized gekennziichnev- that the switching element consists of two rods (2, 5) connected to each other on their end faces, and the others End faces at least one for opening and closing the circuit with an electrical contact (1) is connected.

6. Overcurrent switch according to claim 5, characterized by rods (2.5) of different diameters and / or different cross-sections.

7. Overcurrent switch according to claim 6, characterized in that the cross-sectional area ratio the rod (2) made of a memory alloy and the further rod (5) between 1: 1 and 3: 1 lies.

8. Overcurrent switch according to claim 1 or 2, characterized in that the pre-deformed component and the further component is a body made of a memory alloy of uniform composition form, the components of which are pre-deformed differently.

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

10. Overcurrent switch according to one of claims 5 to 7, characterized in that the rods (2.5) made of an alloy of a steel of 17 to 18% Cr _; 9 to 13% Ni, remainder Fe and a memory alloy of 55% Ni and 45% Ti.