DE3340939A1

DE3340939A1 - Thermische sicherung

Info

Publication number: DE3340939A1
Application number: DE19833340939
Authority: DE
Inventors: Hiroo Tokyo Arikawa
Original assignee: SOC Corp
Current assignee: SOC Corp
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: BR8306188A; GB2132021A; GB8330215D0; JPS5974650U; DE3340939C2; NL8303800A; US4527144A; GB2132021B; NL187719C; NL187719B; JPS6346993Y2

Description

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SOC CORPORATION Tokyo / JAPAN

European Paten: Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt

Dr phil G Henke* München D'pl -Ing J Pfenning Berlin Dr rer nat L Feile^Munchen Dip! -Ing W Hanzel München Dipl -Phys K H Memig Berlin Dr Ing A Butenschon Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel 089/982085-87 Telex-0529802 hnkld Telegramme ellipsoid

FP/S-28-37 / Hz/bb 11. November 1983

Thermische Sicherung

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine thermische Sicherung zur Unterbrechung eines Kreises, wenn eine bestimmte Temperaturgrenze überschritten wird.

Wie allgemein bekannt ist, stellt eine thermische Sicherung eine Vorrichtung zum Schutz elektrischer Einrichtungen gegen durch überhitzung solcher Einrichtungen verursachten Feuerschaden dar.

Die bisherigen thermischen Sicherungen enthalten üblicherweise einen Metallkörper, z.B. Metall-Aluminium. Ein solcher Metallkörper wird gewöhnlich direkt im Kreis angeordnet ohne irgendeine isolierende Beschichtungsbehandlung auf dem Körper, um eine höhere thermische Empfindlichkeit zu erhalten. Als Ergebnis hiervon besteht oft die Gefahr eines Kurzschlusses durch zufällige Berührung des Metallkörpers mit anderen elektrischen Teilen oder Drähten. Wenn darüber hinaus der Körper aus einem dünnwandigen, nicht starren Metall (z.B. Aluminium) besteht, kann er leicht durch den geringsten Kontakt mit anderen Teilen eingebeult werden. Eine derartige Beule kann den Weg eines beweglichen Kontaktes innerhalb des Körpers einengen, so daß oft die freie Bewegung eines solchen beweglichen Kontaktes schwierig wird. Es tritt daher nicht selten der Fall ein, daß der durch den verengten Weg blockierte bewegliche Kontakt nicht freigemacht werden

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kann und so den Kreis für eine lange Zeit geschlossen hält, obwohl die festgesetzte Temperaturgrenze bereits überschritten ist. Darüber hinaus, da der Körper (Gehäuse) der bisherigen thermischen Sicherungen ein Metallrohr (Hülsentyp) ist, muß die Montage der inneren Teile durch eine enge öffnung am Röhrenende erfolgen, wobei alle Teile nacheinander eingeführt werden müssen. Dies ist ein ziemlich schwieriger und zeitaufwendiger Vorgang.

Hinsichtlich der Funktionsweise ist bekannt, daß eine Blattfeder oder ein beweglicher Kontakt an ihrem einen Ende durch das Gewicht eines Klumpens aus thermoempfindlichem Harz oder Kunststoff vorgespannt werden, so daß diese einen Kontakt mit dem einen Ende eines festen Kontakts oder Anschlusses bilden. Es ist auch eine andere Art bekannt, bei der zwei Blattfedern an jeweils einem ihrer Enden durch eine Stange aus schmelzbarem Material miteinander verbunden sind. Bei diesen Arten von thermischen Sicherungen schmilzt der thermoempfindliche Klumpen oder die schmelzbare Metallstange bei überschreiten der vorbestimmten Temperaturgrenze, so daß die Blattfeder freigegeben und hierdurch der Kreis geöffnet wird.

Derartige thermische Sicherungen haben jedoch einige Nachteile. Z.B. besitzt der hergestellte Kontakt eine geringe Oberfläche wie ein Punktkontakt, so daß er bei leichten Vibrationen oder geringfügigen Temperaturänderungen noch unter der bestimmten Grenze leicht geöffnet werden kann. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß ein solcher Punktkontakt infolge erhöhten Kontaktwiderstandes eine unbeabsichtigte Erwärmung bewirken kann, was zu einem nicht vorgesehenen Schmelzen des thermoempfindlichen Kunststoffs oder der schmelzbaren Legie-

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rung und folglich zu einem verfrühten öffnen des Kreises führen kann.
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Um diesen Nachteil zu überwinden, wird bei einer weiteren bekannten Sicherung ein elektrischer Kontakt gelötet unter Verwendung einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt. Jedoch ändern sich die physikalischen Eigenschaften einer solchen Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt wegen ihrer charakteristisch niedrigen Rekristallisationstemperatur sehr leicht. Daher wird das Kristallkorn selbst unter normalen Betriebsbedingungen gröber infolge des Temperaturunterschiedes zwischen den Zeitabschnitten, in denen ein Strom fließt, und den Zeitabschnitten, in denen kein Strom fließt. Daher spricht die thermische Sicherung dieser Art sehr häufig in dem vorbestimmten Temperaturbereich nicht an. Darüber hinaus bewirken durch Rekristallisation erzeugte Sprünge in der schmelzbaren Legierung manchmal ein unerwartetes öffnen des Kreises. Ein anderes Problem tritt auf, wenn eine Blattfeder ständig gespannt ist. Infolge elastischer Ermüdung tritt manchmal der Fall ein, daß eine Blattfeder sich nicht zurückstellt, auch wenn der thermoempfindliche Kunststoff oder die schmelzbare Legierung bei der für die thermische Sicherung eingestellten Temperatur schmilzt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile, welche den bisherigen thermischen Sicherungen anhaften, zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Sicherung zu schaffen, welche einen stabilen Zustand bei geschlosssenem Kreis aufrechterhält, während die Unterbrechung bzw. öffnung des Kreises schnell

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und zuverlässig erfolgt. Es ist schließlich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Sicherung zu schaffen, die leicht montierbar ist und daher zu niedrigeren Herstellungskosten führt.

Die genannten Aufgaben werden bei einer thermischen Sicherung zur Unterbrechung eines Kreises, wenn eine bestimmte Temperaturgrenze überschritten wird, erfindungsgemäß gelöst durch ein Gehäuse mit einer offenen Seite und einem auf die Gehäuseöffnung passenden Deckel, beide bestehend aus einem hochtemperaturleitfähigen und elektrisch isolierenden keramischen Material, eine Blattfeder mit einem unteren, an einem Zuleitungsdraht befestigten und mit diesem elektrisch verbundenen Abschnitt und einem aktiven, sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckenden und einen Kontakt in Form einer Messerschneide bildenden Abschnitt, einen festen, elektrisch mit einem anderen Zuleitungsdraht verbundenen und einen V-förmigen, zur Aufnahme des messerschneidenförmigen Kontakts ausgebildeten Einschnitt besitzenden Anschluß, und einen Klumpen thermoempfindlichen Kunststoffs, der so angeordnet ist, daß der aktive Abschnitt der Blattfeder vorgespannt ist, um den messerschneidenförmigen Kontakt mit dem V-förmigen Einschnitt des festen Anschlusses in Eingriff zu bringen zur Herstellung eines geschlossenen Kreises.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein guter und ständiger Kontakt durch den Eingriff des messerschneidenförmigen Kontaktes mit dem V-förmigen Einschnitt des festen Anschlusses erhalten, so daß ein stabiler Zustand des geschlossenen Kreises aufrechterhalten wird. Das Gehäuse aus hochtemperaturleitendem und elektrisch isolierendem

Material ergibt eine größere mechanische Festigkeit als der bisherige Metallkörper. Der Montage- bzw. Herstellungsvorgang kann über die Öffnung des Gehäuses vorgenommen werden, welche nach Beendigung dieses Vorganges durch den Deckel abgedeckt wird, so daß die Herstellung einfach und zeitsparend ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine wendeiförmige Feder vorgesehen, um den aktiven Abschnitt der Blattfeder in seine Ursprungs- bzw. Rückstellage vorzuspannen, wodurch nicht nur der Unterbrechungsvorgang beschleunigt wird, sondern auch ein Zurückschlagen des aktiven Abschnitts der Blattfeder verhindert, wodurch gegebenenfalls ein Kontakt zwischen dem messerschneidenförmigen Kontakt und dem V-förmigen Einschnitt des festen Anschlusses hergestellt werden könnte, obwohl der thermoempfindliche Kunststoff bereits wegen Überschreiten der festgesetzten Temperaturgrenze überschritten ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Blattfeder und der feste Anschluß in der Weise angeordnet, daß die 'Quer schnittmittellinie des messerschneidenförmigen Kontakts in zurückgestellten Zustand der Blattfeder gegenüber der *Querschnittmittellinie des V-förmigen Einschnitts des festen Anschlusses ausgelenkt ist. Dies führt zu einem beständigeren Eingriff bzw. Kontakt im Zustand des geschlossenen Kreises gegenüber Erschütterungen oder einer Versetzung des messerschneidenförmigen Kontakts in Richtung von dem V-förmigen Einschnitt des festen Anschlusses weg.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 perspektivische Ansichten einer thermischen Sicherung, bei der der Deckel von der öffnung des Gehäuses abgehoben ist, wobei Fig. 1 den Zustand bei geschlossenem Kreis und Fig. 2 den Zustand bei geöffnetem Kreis darstellt,

Fig. 3 und Fig. 4 Querschnittansichten der thermischen Sicherung in Längsrichtung, wobei Fig. 3 den Zustand bei geschlossenem Kreis und Fig. 4 den Zustand bei geöffnetem Kreis zeigt,

Fig. 5 eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A¹ in Fig. 3, und

Fig. 6 eine Querschnitt ansicht entlang der Linie B-B¹

in Fig. 4.

Aus den Figuren, insbesondere Fig. 1 und Fig. 2, ist ein Gehäuse 1 ersichtlich, dessen eine, d.h. die obere Seite offen ist. Ein Deckel 2 ist so ausgebildet, daß er auf das Gehäuse 1 paßt. Sowohl das Gehäuse 1 als auch der Deckel 2 sind aus hochtemperaturleitendem und elektrisch isolierendem keramischem Material hergestellt. Daher ist es sehr schwierig, das Gehäuse durch eine äußere Kraft zu deformieren und außerdem besteht nicht die Gefahr von Kurzschlüssen durch eine Berührung mit anderen elektrischen Teilen. Beide Endwände des Gehäuses 1 sind mit Einschnitten versehen zur Aufnahme eines der Enden eines Paares von Zuleitungen 3a, 3b, die mit einem äußeren, nicht gezeigten Kreis verbunden sind. Das Innere des Ge-

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häuses 1 enthält drei Unterteilungswände 4, 5 und 6, wobei die Unterteilungswand 5 von einer inneren Seitenwand 7 und die Unterteilungswände 4 und 6 von der gegenüberliegenden inneren Seitenwand 8 abstehen.

Eine L-förmige Blattfeder 9 ist in der Weise angeordnet, daß ein End- oder unterer Abschnitt von dieser mechanisch zwischen der einen Endwand des Gehäuses 1 und der Unterteilungswand 4 befestigt und elektrisch mit der einen Zuleitung 3a verbunden ist, während der elastische oder aktive Abschnitt 9b der Blattfeder 9 sich entlang der Seitenwand 7 in Längsrichtung des Gehäuses 1 erstreckt. Der Kopf des aktiven Abschnitts 9b der Blattfeder 9 bildet einen messerschneidenförmigen Kontakt 9c.

Ein anderer Kontakt oder Anschluß 10 ist in seinem mittleren Bereich um einen Winkel von etwa 90° gebogen, und ein seitlicher Bereich ist zwischen der anderen Endwand des Gehäuses 1 und der Unterteilungswand 5 befestigt, während der andere seitliche Bereich einen V-förmigen Einschnitt 10a bildet, welcher dem messerschneidenförmigen Kontakt 9c der Blattfeder 9 gegenüberliegt und weleher so ausgebildet ist, daß er in Eingriff mit diesem Kontakt gebracht werden kann.

Um einen geschlossenen Kreis herzustellen, wird ein Klumpen aus thermoempfindlichem Kunststoff 11 zwischen den aktiven Abschnitt 9b der Blattfeder 9 und der inneren Seitenwand 7 des Gehäuses angeordnet, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Der aktive Abschnitt 9b der Blattfeder 9 wird daher durch den thermoempfindlichen Kunststoff 11 vorgebogen bzw. vorgespannt in Richtung auf den festen - Anschluß 10, so daß der messerschneidenförmige Kontakt 9c

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in Eingriff mit dem V-förmigen Einschnitt 10a kommt.

Wenn die Temperatur im Gehäuse über einen festgesetzten Grenzwert steigt, schmilzt der thermoempfindliche Kunststoff 11 und verschwindet. Somit wird die Blattfeder 9 freigegeben. Der aktive Abschnitt 9b von dieser bewegt sich in seine Rückstellage, so daß der Eingriff zwischen dem messerschneidenförmigen Kontakt 9c und dem V-förmigen Einschnitt 10a aufgehoben wird, wodurch der Kreis geöffnet wird. Der Zustand mit geöffnetem Kreis ist in den Fig. 2 und 4 dargestellt.

im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine wendeiförmige Feder 12 zwischen der Blattfeder 9 und der inneren Seitenwand 8 des Gehäuses 1 angeordnet. Die Unterteilungswände 4 und 5 verhindern eine seitliche Bewegung oder Versetzung der Feder 12, die den aktiven Abschnitt 9b der Blattfeder 9 in Richtung seiner Rückstellage vorspannt. Die Feder 12 dient daher zur Beschleunigung des ünterbrechungsvorganges, insbesondere der Trennung des messerschneidenförmigen Kontakts 9c von dem V-förmigen Einschnitt 10a des festen Anschlusses 10, wenn der thermoempfindliche Kunststoff 11 infolge einer Erwärmung über die festgesetzte Temperaturgrenze hinaus schmilzt. Die Feder 12 dient zusätzlich dazu, ein Zurückprallen oder -schlagen des aktiven Abschnitts 9b der Blattfeder 9 nach Erreichen der Ruhelage zu verhindern. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit des Unterbrechungsvorganges erhöht.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 wird nun ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung beschrieben. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Quer-»

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schnittmittellinie X des messerschneidenförmigen Kontakts 9c gegenüber der Querschnittmittellinie Y des V-förmigen Einschnitts 10a bei geöffnetem Kreis ausgelenkt (versetzt) ist. Diese Maßnahme wirkt sich bei dem in Fig. 5 dargestellten geschlossenen Kreis vorteilhaft aus, da die Andruckkraft der Kontaktflächen durch die Rückstellkraft der Blattfeder 9 und/oder die Kraft der Feder 12 erhöht und eine ausreichende Kontaktfläche aufrechterhalten wird, selbst wenn der messerschneidenförmige Kontakt 9c in Richtung auf seine Ruhelage infolge mechanischer Erschütterungen oder eines teilweisen Schmelzens des thermoempfindlichen Kunststoffs 11 innerhalb der festgesetzten Temperaturgrenze versetzt wird.

Montage- oder Herstellungsarbeit^ wie beispielsweise Löten, werden vorzugsweise durch die öffnung des Gehäuses 1 durchgeführt. Nachdem die Montage beendet ist, wird das Gehäuse 1 durch den Deckel 2 geschlossen und hermetisch versiegelt, beispielsweise mit Hilfe eines Klebmittels. Dies ist eine mit wenig Mühe und Zeitaufwand verbundene Arbeit, die zu einer höheren Produktionsrate und niedrigeren Herstellungskosten führt. Zahlreiche Änderungen und Abwandlungen können an der hier beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, ohne daß vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Das hier beschriebene und in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel dient nur zur Erläuterung der Erfindung und soll nicht die Wirkung haben, den Gegenstand der Erfindung zu beschränken.

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Claims

Patentansprüche •Ί

1./ Thermische Sicherung zur unterbrechung eines Kreises, wenn eine bestimmte Temperaturgrenze überschritten wird,
gekennzeichnet durch

ein Gehäuse mit einer offenen Seite und einem auf die Gehäuseöffnung passenden Deckel, beide bestehend aus einem hochtemperaturleitfähigen und elektrisch isolierenden keramischen Material,

eine Blattfeder mit einem unteren, an einem Zuleitungsdraht befestigten und mit diesem elektrisch verbundenen Abschnitt, und einem aktiven, sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckenden und einen Kontakt in Form einer Messerschneide bildenden Abschnitt,

einen festen, elektrisch mit einem anderen Zuleitungsdraht verbundenen und einen V-förmigen, zur Aufnahme des messerschneidenförmigen Kontaktes ausgebildeten Einschnitt besitzenden Anschluß, und

einen Klumpen thermoempfindlichen Kunststoffs, der so angeordnet ist, daß der aktive Abschnitt der Blattfeder vorgespannt ist, um den messerschneidenförmigen Kontakt mit dem V-förmigen Einschnitt des festen An-Schlusses in Eingriff zu bringen zur Herstellung, eines geschlossenen'IKreises.

2. Sicherung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß eine wendeiförmige Feder zum Vorspannen des aktiven Bereichs der Blattfeder in Richtung zu deren Rückstelllage vorgesehen ist.

3. Sicherung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Blattfeder und der feste Anschluß so angeordnet sind, daß die 'Querschnittmittellinie des messersehneidenförmigen Kontaktes im zurückgestellten Zustand gegenüber der Querschnittmittellinie des V-förmigen Ein-Schnitts ausgelenkt ist.

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