DE69208705T2 - Elektrothermisches Relais mit Schichtheizelement - Google Patents

Description

Thermostat mit Folienheizelement 2. Anwendungsgebiet der Erfindung und Charakteristik des bisherigen Standes der Technik
• Diese Erfindung betrifft einen Thermostat, der einen Bimetallstreifen mit einem Kontakt, der sich in Reaktion auf eine Temperatur öffnet und schließt, und ein Heizelement, das den Bimetallstreifen erwärmt, wenn der Kontakt geöffnet wird, enthält.
• Der Thermostat dient dazu, Kontakte zu öffnen oder zu schliessen, indem sich der Bimetallstreifen verformt, wenn die Temperatur des Bimetallstreifens aufgrund von Abweichungen vom Nennbetrieb in einem elektrischen Gerät steigt.
• Wenn der Bimetallstreifen anspricht, fließt kein Strom mehr in einem Verbraucher und es wird keine Wärme mehr in dem Verbraucher erzeugt. Anschließend nimmt in einem einfachen Thermostat die Temperatur des Bimetallstreifens ab, und es beginnt wieder Strom durch den Verbraucher zu fließen. Das ist sehr gefährlich. Eine solche Situation muß unbedingt vermieden werden. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermostat mit einem Heizelement, bei dem das Heizelement, wie in Figur 6 gezeigt, und der Thermostat parallelgeschaltet sind. Das Heizelement erwärmt den Bimetallstreifen solange, bis die Stromquelle P.S abgeschaltet wird, so daß im Verbraucher L kein Strom mehr fließt.
• Ein derartiges Heizelement für den Thermostat dieses Typs, bei dem ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) verwendet wird, wird beispielsweise in den vorläufigen japanischen Patentschriften Nr.62-165824 und 1-105430 sowie den japanischen Gebrauchsmustern 63-25638 und 1-12669 und dem vorläufigen japanischen Gebrauchsmuster Nr.62-111154 offengelegt.
• Eine Überlastschutzvorrichtung, die einen S-förmigen Widerstand als Heizelement enthält, wird in den vorläufigen japanischen Gebrauchsmustern Nr.62-31852 und 62-31851 beschrieben.
• Ein Thermoschalter mit einem aus einem leitenden Plastikträgermatenal gefertigten Heizelement wird in der vorläufigen japanischen Patentschrift Nr.1-246737 beschrieben.
• In der vorläufigen japanischen Patentschrift Nr.63-5018833 wird ein Bimetallthermostat offengelegt, der eine Aluminiumoxidkeramikbasisplatte enthält, die an der Unterseite mit einem Dünnfilmwiderstand versehen ist.
• Andererseits ist ein Material für eine flexible Leiterplatte, nämlich eine Polyimidfolie, die durch Kontraktionspolymerisation von aromatischer Tetrachloridsäure und aromatischem Diamin gewonnen werden kann, unter dem Warenzeichen "CAPTON" auf den Markt gekommen. Dieses Material besitzt über einen breiten Temperaturbereich stabile elektrische und mechanische Eigenschaften.
• Ein Thermostat, der die in der Präambel zu Anspruch 1 beschriebenen Eigenschaften besitzt, ist aus der EP-A-0102 574 bekannt.
3. Gegenstand und Zusammenfassung der Erfindung
• Die Charakteristik des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) eignet sich gut für derartige Anwendungen. Der PTC hat jedoch die Form einer Pille und wird folglich als eines der isolierten Bauteile des Thermostats verwendet. Da die mechanische Festigkeit des PTC geringer ist als die von nichtleitendem Keramikmaterial, lassen sie sich schwer zusammenbauen.
• Wird ein Thermostat auf einer mit einem Widerstand versehenen Unterlage montiert, welche eine Dicke von etwa 0,5 mm hat, so kann es aufgrund des Befestigungsdrucks zu Rißbildung kommen. Es ist demzufolge schwierig, einen Thermostat mit einer hohen Zuverlässigkeit herzustellen.
• Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, einen Thermostat zur Verfügung zu stellen, der mit einem Heizelement ausgestattet ist, das klein sein kann und das äußerst zuverlässig und kostengünstig in der Herstellung ist.
• Das Ziel der Erfindung wird in Form eines Thermostats erreicht, dessen Eigenschaften in dem Beschreibungsteil von Anspruch 1 beschrieben ist.
• Da es sich bei dem Heizelement in dem Thermostat um eine Folie handelt, wird nur wenig Platz benötigt. Deshalb läßt sich das Heizelement überall auf kleinem Raum in den Thermostat einbauen.
• Alle leitenden Teile in dem Gehäuse liegen im allgemeinen trotzdem frei und besitzen keine isolierende Abdeckung. Die Isolierung zwischen den leitenden Teilen und dem Heizelement kann mit Hilfe einer nichtleitenden Folie erreicht werden, da das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Heizelement auf der Isolierfohe ausgebildet ist.
• Diese Erfindung hat die folgenden Vorteile:
• 1) Da sich die äußere Form des Thermostats im Vergleich zu dem Thermostat nach dem bisherigen Stand der Technik nicht ändert, läßt sich der Thermostat in der gleichen Art und Weise einsetzen.
• 2) Die Konstruktion des Thermostats braucht entweder überhaupt nicht oder nur geringfügig geändert zu werden. Es können viele der allgemein üblichen Bauteile verwendet werden.
• 3) Da das Heizelement in den Thermostat eingebaut ist, verringert sich die von dem Bimetallstreifen benötigte Heizleistung.
• 4) Da das Heizelement in den Thermostat eingebaut ist, ist die Differenz in der Wärmeleitfähigkeit nach außen aufgrund der Montageweise gering, und der Thermostat ist beständig gegenüber äußeren Einflüssen.
• 5) Da das Heizelement flexibel ist, läßt es sich leicht handhaben.
4. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 stellt eine perspektivische Darstellung eines Thermostats gemäß dieser Erfindung, dessen Gehäuse abgenommen wurde, dar.
• Bei Figur 2 handelt es sich um eine auseinandergezogene Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Thermostat eingesetzten Folienheizelements.
• Figur 3 zeigt den Querschnitt des erfindungsgemäßen Thermostats.
• Figur 4 zeigt den Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 3.
• Figur 5 zeigt den Schnitt entlang der Linie B-B in Figur 3.
• Figur 6 ist das Blockschaltbild des Thermostats mit einem erfindungsgemäßen Heizelement und einem Heizelement nach dem bisherigen Stand der Technik während des Einsatzes.
5. Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Ein Ausführungsbeispiel eines Thermostats mit einem erfindungsgemäßen Folienheizelement wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 beschrieben.
• Eine feste Platte 2 ist auf der einen Oberfläche einer nichtleitenden Basisplatte 1 und eine federnde Platte 3 auf der anderen Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet.
• Die feste Platte 2 wird mit Hilfe zweier Vorsprünge 1a und 1b, die sich auf der Basisplatte 1 befinden, befestigt. Ein Anschluß 2a, der mit einem äußeren Stromkreis verbunden werden soll, ist an einem Ende der festen Platte und ein fester Kontaktpunkt 2b an dem anderen Ende der Platte vorgesehen.
• Die federnde Platte 3 ist aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt und wird zwischen einem Isolator 4 und der Basisplatte 1 gehalten. Ein Anschluß 3a, der mit dem äußeren Stromkreis verbunden werden soll, ist an einem Ende und ein beweglicher Kontaktpunkt 3b an dem anderen Ende der federnden Platte 3 vorgesehen.
• Ein Bimetallstreifen 5 ist zwischen einen gebogenen Teil 3c am Ende der federnden Platte 3, in der Nähe des Kontaktpunkts 3b, und die Aussparung 4a im Isolator 4 eingesetzt.
• Wenn die Temperatur des Bimetalistreifens 5 einen im voraus festgelegten Wert, der zur Verformung der federnden Platte 3 erforderlich ist, überschreitet, verändert sich die Durchbiegung des Bimetallstreifens 5, so daß der feste Kontaktpunkt 2b und der bewegliche Kontaktpunkt 3b voneinander getrennt werden. Wenn die Temperatur des Bimetallstreifens 5 unter dem im voraus festgelegten Wert liegt, verformt der Bimetallstreifen 5 die federnde Platte 3, so daß sich der feste Kontaktpunkt 2b und der bewegliche Kontaktpunkt 3b gegenseitig berühren.
• Die Anschlüsse 2a und 3a sind mit Leitern zum Anschluß an den äußeren Stromkreis verbunden.
• Bei einem Heizelement 6 handelt es sich um ein Folienheizelement, das eine lineare elektrisch leitende Polyimidfolie 6a ist, die zwischen nichtleitenden Polyimidfolien 6b und 6c gehalten wird.
• Auf die eine Oberfläche der nichtleitenden Polyimidfolie 6b und 6c wird ein Klebemittel aufgebracht. Eine elektrisch leitende Polyimidfolie 6a wird auf die nichtleitende Polyimidfolie 6b gelegt, so daß die leitende Polyimidfolie 6a fest auf der nichtleitenden Polyimidfohe 6b aufliegt. Die leitende Polyimidfolie 6a wird dann durch die andere nichtleitende Polyimidfolie 6c abgedeckt, lediglich die beiden Enden 6d und 6e bleiben frei, so daß beide Oberflächen der leitenden Polyimidfolie 6a mit nichtleitenden Folien bedeckt sind.
• Auf beide Enden 6d und 6e wird eine leitende Paste aufgetragen. Sie bildet Elektroden.
• Das Heizelement 6 wird an der Basisplatte 1 auf der Seite mit der festen Platte 2 befestigt, indem ein Klebemittel auf die nichtleitende Polyimidfolie 6c aufgetragen wird. Wenn erforderlich, wird das Heizelement 6 gebogen, so daß die Elektroden an den Enden 6d und 6e mit den Anschlüssen 2a und 3a in Berührung kommen.
• Eine mit einem Heizelement 6 ausgestattete Thermostatbaugruppe wird in ein Gehäuse 6 geschoben, und der Teil, der sich in der Nähe der Anschlüsse 2a und 3a befindet, wird mit Kunstharz gefüllt.
• Als leitende Folie eignet sich Polyimidfolie am besten.
• Ein Widerstand als Heizelement läßt sich dadurch gewinnen, daß eine leitende Folie in einen dünnen Streifen geschnitten wird und dabei der erforderliche elektrische Widerstand und der Strom realisiert wird.
• Auch als nichtleitende Folie eignet sich Polyimid am besten.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine nichtleitende Folie, die nur an einer Seite mit einem Klebemittel versehen ist, verwendet. Es können aber auch je nach dem Aufbau des Thermostats eine Folie, die auf beiden Seiten mit einem Klebemittel versehen ist, oder eine leitende Folie mit Klebemittel eingesetzt werden.
• Wenn das Folienmaterial einen spezifischen Widerstand besitzt, der sich schnell erhöht, sobald die Temperatur einen im voraus festgelegten Wert überschreitet, dann kann der Thermostat so konstruiert sein, daß er seine Temperatur selbsttätig hält.

Claims (2)

1. Ein Thermostat mit einem Folien heizelement, der sich zusammensetzt aus:

zwei Anschlüssen (2a, 3a), die mit einem äußeren Stromkreis verbunden werden sollen,

einer festen Platte (2), die mit einem der Anschlüsse (2a) verbunden ist und auf der sich ein fester Kontaktpunkt (2b) befindet,

einer federnden Platte (3), die mit dem anderen der beiden Anschlüsse (3a) verbunden ist und auf der sich ein beweglicher Kontaktpunkt (3b) befindet, einem Bimetallstreifen (5), der sich so verformt, wenn die Temperatur des Bimetalistreifens einen im voraus festgelegten Wert überschreitet, daß sich die federnde Platte mit verformt, so daß der bewegliche Kontaktpunkt (3b) von dem festen Kontaktpunkt getrennt wird (2b) und

dem Folienheizelement (6), das parallel zu der festen Platte (2) und der federnden Platte (3) angeordnet ist,

wobei das Heizelement durch eine elektrisch leitende Folie (6a) gebildet wird, gekennzeichnet durch eine erste nichtleitende Folie (6b), auf die die elektrisch leitende Folie aufgebracht wurde, wobei diese Folie in einen langen Streifen geschnitten ist, so daß die erforderlichen Werte für den elektrischen Widerstand und den Strom realisiert werden, und von einer zweiten nichtleitenden Folie (6c) bedeckt ist, so daß die elektrisch leitende Folie (6a) auf beiden Seiten von den nichtleitenden Folien (6b, 6c) bedeckt ist, und wobei die elektrisch leitende Folie und die nichtleitende Folie aus Polyimidfolie gefertigt sind.

2. Ein Thermostat mit einem Folienheizelement nach Anspruch 1, wobei die leitende Folie aus einem Material gefertigt ist, das einen spezifischen Widerstand besitzt, der sich dann rasch erhöht, wenn die Temperatur einen im voraus festgelegten Wert erreicht.