DE3340939C2

DE3340939C2 - Thermische Sicherung

Info

Publication number: DE3340939C2
Application number: DE3340939A
Authority: DE
Inventors: Hiroo Tokio/Tokyo Arikawa
Original assignee: SOC CORP TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: SOC CORP TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1986-03-13
Also published as: NL187719B; GB8330215D0; JPS6346993Y2; NL187719C; BR8306188A; DE3340939A1; NL8303800A; US4527144A; GB2132021A; GB2132021B; JPS5974650U

Abstract

Eine thermische Sicherung umfaßt ein Gehäuse (1), dessen eine Seite geöffnet ist, und einen Deckel (2), der entsprechend der Öffnung im Gehäuse ausgebildet ist. Gehäuse und Deckel bestehen aus einem hochtemperaturleitenden und elektrisch isolierenden keramischen Material. Im Inneren des Gehäuses sind eine Blattfeder (9) mit einem an einer Zuleitung (3a) befestigten und elektrisch mit dieser verbundenen unteren Abschnitt (9a) und einem aktiven oder elastischen, sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckenden und einen messerschneidenförmigen Kontakt (9c) bildenden Abschnitt (9b), ein fester, mit der anderen Zuleitung (3b) verbundener und einen v-förmigen Einschnitt (10a) zur Aufnahme des messerschneidenförmigen Kontakts aufweisender Anschluß und ein Klumpen aus thermoempfindlichem Kunststoff (11), der den aktiven Abschnitt der Blattfeder vorspannt, so daß der messerschneidenförmige Kontakt in Eingriff mit dem v-förmigen Einschnitt gelangt zur Herstellung eines geschlossenen Kreises, vorgesehen. Das Gehäuse wird nach Beendigung der Montage oder Herstellung durch den Deckel geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Sicherung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

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

Die bisherigen thermischen Sicherungen enthalten üblicherweise einen Metallkörper, zum Beispiel 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, zum Beispiel 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 kann und so den Kreis für eine 'ange Zeit geschlossen hält, obwohl die festgesetzte Temperaturgrenze bereits überschritten ist. Darüber hinaus, da der Körper der bisherigen thermischen Sicherungen eine

to Metallhülse 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 '.hermoempfindlichem 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.

Eine thermische Sicherung dieser Art, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht, ist aus der US-PS 30 43 937 bekannt. Dort wird eine scheibenförmige Feder mit einem Schmelzglied gegen zwei Kontaktstifte vorgespannt, wobei beim Schmelzen des Schmelzgliedes der Kontakt aufgehoben wird. In einer Ausführungsform ist dort auch vorgesehen, daß die scheibenförmige Feder an dem einen Kontaktstück mit zusätzlichen Maßnahmen gelagert ist.

Derartige thermische Sicherungen haben jedoch einige Nachteile. So ist bei ihnen, bei der Sicherung gemäß US-PS 30 43 937 beispielsweise du»"ch die Form der Kontaktstifte, in jedem Fall ein mehr oder weniger nur punktförmiger Kontakt vorgegeben, so daß die Gefahr eines schlechten Kontakts mit entsprechend erhöhtem Kontaktwiderstand und damit verbundener uncrwünschter Erwärmung auftritt. Eine solche Gefahr besteht insbesondere auch bei Vibrationen oder Stoßen, denen die Sicherung ausgesetzt ist. Die Erwärmung infolge schlechter Korrtaktgabe kann sogar zu einem unerwünschten und vorzeitigen Schmelzen des Schmelzgliedes führen, ohne daß die eigentlich zu messende Außentemperatur über den kritischen Punkt angestiegen ist. Da die Vorspannung außerdem nur durch das Schmelzglied und dessen Einwirkung auf die Scheibenfeder erzeugt wird, ergibt sich auch beim Schmelzen des Schmelzgliedes keine sprunghafte öffnung des Kontaktes, sondern ein schleichender Übergang.

Diese Nachteile treten auch bei einer thermischen Sicherung auf, wie sie in der US-PS 32 91 945 beschrieben ist. Dort sind für das kontaktgebende Element und für die Vorspannung unterschiedliche Teile vorgegeben, nämlich ein kronenförmiges Brückenkontaktelement und eine Schraubenfeder zur Vorspannung. Da auch dort im wesentlichen nur eine punktförmige Kontaktgabe vorgesehen ist, wird zur Verbesserung der Kontaktsicherheit nocii eine zusätzliche Schraubenfeder zur Vorspannung des Kontaktelementes eingesetzt. Damit erfordert diese Einrichtung ein zusätzliches Element, ohne das Problem vollständig zu lösen.

In der US-PS 41 79 679 ist eine thermische Sicherung beschrieben, bei der ein U-förmiges, federndes Kontaktelement zwischen zwei Gegenkontaktstiften eingepreßt ist und beim Schmelzen eines Schmelzgliedes mittels einer Schraubenfeder aus der Kontaktposition herausgedruckt wird. Dort ist ein linienförrniger Kontakt durch die Gestaltung der K.ontaktelemente vorgegeben, was aber ebenfalls noch keine optimale Kontaktgabe erbringt Überdies benötigt die dortige Anordnung immer noch neben dem kontaktgebenden Federelement eine zusätzliche Schraubenfeder, um beim Schmelzen des Schmelzgliedes eine Kontaktöffnung herbeiführen zu können.

Aus der DE-OS 21 49 607 ist weiterhin eine thermische Sicherung bekannt, die in der Funktion weitgehend is Ähnlichkeit mit der vorher erwähnten aufweist Dabei wird ein Schaltstück mit U-förmigem Querschnitt durch das Schmelzorgan und eine zusätzliche Schraubenfeder im Kontakt mit den Kontaktköpfen zweier Kontaktstifte gehalten. Auch dort ist somit lediglich ein punkt- oder allenfalls linienförmiger Kontakt erzielbar, wobei wie in den vorangegangenen Fällen mehrere Teile, nämlich ein Schaltstück, eine Vorspannfeder und eine in Gegenrichtung wirkende Druckfeder, erforderlich sind.

Um die Nachteile der ungenügenden Kontaktgabe bei den Schmelzsicherungen der beschriebenen Art zu überwinden, ist es auch bereits bekannt, einen elektrischen Kontakt unter Verwendung einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt zusammenzulöten (DE-OS 25 05 871).

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.

Die erwähnten Kontaktprobleme mit erhöhten Übergangswiderständen bei lediglich punktförmigen Kontakten sind nicht auf thermische Sicherungen beschränkt, sondern sie treten auch bei anderen Schaltgeräten auf. Beispielsweise ist zur Verringerung des Übergangswiderstandes zwischen Kontaktelementen in der US-OS 24 06 265 eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der eine dachförmige und eine kugelförmige Kontaktfläche miteinander in Berührung gebracht werden, wobei durch bewegliche Befestigung des einen oder beider Kontaktelemente eine gleitende Reibung so und damit eine Selbstreinigung der Kontaktoberflächen erzielt werden soll. Dieser Reinigungseffekt tritt aber nur beim Schslten auf; bei einer ruhenden Kontaktgabe, wie sie etwa in einer thermischen Sicherung vorgesehen ist, ergäbe auch eine Gestaltung der Kontaktoberflächen in der dort angegebenen Art nur einen punktförmigen oder allenfalls linienförmigen Kontakt, so daß auch hiermit das erwähnte Problem nicht zu lösen ist.

Ähnliches gilt für die Kontaktanordnung in einem Druckknopfschalter gemäß US-PS 30 54 879, wo zwei feststehende Kontaktelemente mit kegelförmigen Oberflächen durch ein Brückenkontaktglied mit einer kegelmantelförmigen Fläche in Berührung gebracht werden. Auch dort kann nur eine punktförmige oder allenfalls linienförmige Kontaktgabe erzielt werden, so daß eine Übertragung derartiger Kontaktelemente auf eine Schmelzsicherung der hier vorliegenden Art die bestehenden Probleme nicht lösen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermische Sicherung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welche bei geschlossenem Kreis eine sichere und zuverlässige Kontaktgabe gewährleistet, so daß ein Ansteigen des Kontaktwiderstandes und eine dadurch bedingte Temperaturerhöhung weitgehend ausgeschlossen sind, während andererseits die Unterbrechung des Kreises bei Überschreiten der Grenztemperatur schnell und zuverlässig erfolgt. Diese thermische Sicherung soll außerdem leicht montierba· and kostengünstig herstellbar sein. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein guter und str-idiger 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 hochtemperatdrleitendem 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

Durch die Abweichung der Querschnittmittcllinien des V-förmigen Einschnitts einerseits und des n.esserschneidenförmigen Kontaktes andererseits erreicht man darüber hinaus, daß im Zustand des geschlossenen Kreises eine gute flächenförmige Kontaktgabe auch dann noch gewährleistet wird, wenn eine gewisse Ermüdung des Schmelzorgans oder eine Erschütterung ein geringfügiges Zurückweichen des aktive". Blattfederabschnitts aus der Endposition bewirkt.

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 wird, wodurch gegebenenfalls ein Kontakt zwischen dem messerschneidenförniigen Kontakt und dem V-förmigen Einschnitt des festen Anschlusses he^rgestellt werden könnie, obwohl der thermoempfindliche Kunststoff bereits wegen Überschreiten der festgesetzten Temperaturgrenze überschritten ist.

Ein Ausführung'-beispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 und 2 perspektivische Ansichten einer thermischen Sicherung, bei der der Deckel von de7 Öffnung des Gehäuses abgehoben ist, wobei F i g. 1 den Zustand bei geschlossenem Kreis und Fig. 2 den Zustand bei geöffnetem Kreis da: stellt,

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

F i g. 5 eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A' in Fig. 3. und

F i g. 6 eine Querschnittansicht entlang der Linie BB' in F i g. 4.

Aus den Figuren, insbesondere Fig. I und 2, ist ein Gehäuse 1 ersichtlich, dessen eine, das heißt 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 I sind mit Einschnitten versehen zur Aufnahme eines der Enden eines Paares von Zuleiiungen 3a. 36, die mit einem äußeren, nicht gezeigten Kreis verbunden sind. Das Innere des Gehäuses 1 enthalt drei ünterteiiungswände 4,5 und 6. wobei die Ünterteilungswand 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 96 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

Aar· in^ai-o

20

J5 dere 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 F i g. 5 und 6 wird nun ein weiteres vorteilhaftes Merkmal beschrieben. Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß die Querschnittmittellinie X des messerschneidenförmigen Kontakts 9c gegenüber der Querschnittmittellinie Kdes V-förmigen Einschnitts 10a bei geöffnetem Kreis ausgelenkt (versetzt) ist. Diese Maßnahme wirkt sich bei dem in F i g. 5 dargestellten geschlossenen Kreis vorteilhaft aus. da die Andruckkraft der Kontakflächen durch die Rückstellkraft der Blattfeder 9 und/oder die Kraft der Feder 12 erhöht und eine ausreichende Kontakfläche aufrechterhalten wird, selbst wenn der messerschneidenförmige Kontakt 9c in Richtung auf seine Ruhelage infolge mechanischer Erschütterungen oder eines teilweisen Schmelzens des thermoeinpfindlichen 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 der hier beschriebenen Vorrichtung sind möglich.

V-förmigen Einschnitt 10a bildet, welcher dem messerschneidenförmigen Kontakt 9c der Blattfeder 9 gegenüberliegt und welcher so ausgebildet ist, daß er in Ein- 4ij griff mit diesem Kontakt gebracht werden kann.

Un. 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 F i g. 1 und 3 gezeigt ist. Der aktive Abschnitt 96der 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 in Eingriff mit dem V-förmigen Einschnitt IGa 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 96 von dieser bewegt sich in seine Rücksteüage, 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 F i g. 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 Unteneilungswände 4 und 5 verhindern eine seitliche Bewegung oder Versetzung der Feder 52. die den aktiven ti Abschnitt 96 der Blattfeder 9 in Richtung seiner Rückstellage vorspannt. Die Feder 12 dient daher zur Beschleunigung des Unterbrechungsvorganges, insbeson-Hier/u i Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Thermische Sicherung zur Unterbrechung eines elektrischen Kreises, wenn eine vorgegebene Temperaturgrenze überschritten wird, mit einem Gehäuse, einem Federelement mit einem an einem Zuleitungsdraht befestigten und mit diesem elektrisch verbundenen Basisabschnitt, einem Klumpen thermoempfindlichen Kunststoffs und einem feststehenden, elektrisch mit einem weiteren Zuleitungsdraht verbundenen Anschlußelement, wobei der Klumpen aus thermoempfindlichem Kunststoff das Federelement so vorgespannt hält, daß dieses in Kontakt mit dem feststehenden Anschlußelement steht, wenn die vorgegebene Temperatur nicht überschritten wird, und wobei das Federelement aufgrund seiner Rückstellkraft von dem feststehenden Anschlußelement abhebt, wem der thermoempfindliche Kunststoff bei einer dw vorgegebenen Grenzwert überschreitenden Temperatur schmilzt, dadurch gekennzeichnet, daß das als Blattfeder (9) ausgebildete Federelement einen sich in Längsrichtung des Gehäuses (1) erstreckenden, einen Kontakt (9c) in Form einer Messerschneide bildenden aktiven Abschnitt (96Jaufweist, daß das Gehäuse (1) an einer Seite eine öffnung aufweist, auf welcher ein passender Deckel (2) angeordnet ist, wobei sowohl das Gehäuse (1) als auch der Deckel (2) aus thermisch hochleitfähigem und elektrisch isolierendem Keramikmaterial bestehen, und daß das feststehende Anschlußelement (10} einen V-förmige.·., zur ineinandergreifenden Verbindung mit eiern messerschneidenförmigen Kontakt (9c) ausgebildeten iinschnitt (1OaJ besitzt, wobei der V-förmige Einschnitt (1OaJ an einer Stelle des Anschlußelements (10) angeordnet ist, an der die Querschnittsmittellinie (Y) des V-förmigen Einschnitts (1OaJ von der Querschnittsmittellinie (X) des messerschneidenförmigen Kontaktes (9c)\n dessen Rückstellpositiop. abweicht.
2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wendeiförmige Feder (12) zum Vorspannen des aktiven Abschnitts (9b) der Blattfeder (9) in Richtung auf deren Rückstellposition vorgesehen ist.