DE1804299A1 - Funken- bzw.Lichtbogenbildung unterdrueckende Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG, DR. VOLKER VOSSIUS, DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

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8 M0NCHEN23 ■ S I E G E S ST RASSE 28 ■ TELEFON 348067 ■ TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/M DNGH EN

u.Z.: D 794 (Cy/eb) ₂1. Oktober 1968

Matsushita Electric Industrial Go., Ltd.

: Osaka, Japan .

Funken- bzw. Lichtbogenbildung unterdrückende Schaltvorrichtung.

Prioritäten: 24.10.1967, 24.10.1967, 28.12.1967 u. 28.12.1967 Aranelde-Nr.: 42-69117: 42-69118», 43-157; 43-159 /Japan

Die Erfindung betrifft eine die Funkenbildung bzw. Lichtbogenbildung unterdrückende Schaltvorrichtung mit je einen Kontakt aufweisenden Unterbrecherzungen, die insbesondere vorteilhaft bei Bimetallthermostaten für elektrisch beheizte Schlafdecken, Bügeleisen, Kochgeräte, Fußwärmer und dergl. anwendbar ist. Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist in der Lage, den durch die Öffnungs- und Schließbewegung ihrer Kontakte entstehenden Funken zu unterdrücken oder zu löeohen und wird dadurch gebildet, daß ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, elektrisches Widerstandsmaterial oder Halbleitermaterial zwisehen eine feste Unterbre" eher zunge mit einem festen Kontakt an ihren freien Ende und eine bewegliche unterbrecherzunge mit einem beweglichen Kontakt an ihrem freien Ende eingefügt ist.

In den herkömmlichen, bei elektrisch beheizten Schlafdecken, Bügeleisen, Kochgeräten, Fußwärmern und dergl. benutzten Birnetallthermostaten sind elektrisch angeschlossene Kondensatoren, Widerstände, Halbleiterelement^ mit nichtlinearer Spannunge-Stromcharakteristik wie Heißleiter oder verschiedenartige ' Gleichrichter bzw. deren Kombinationen zwischen den Kontakten " angeordnet, um die durch die Kontaktbewegungen beim Öffnen und Schließen entstehenden Funken zu unterdrücken oder zu lösohen. Diese üblichen Thermostaten haben jedoch den Nachteil, daß sie

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unvermeidlich kompliziert werden und sperrige Anschlußklemme» erhalten und dadurch "beschwerlich in der Herstellung und in der Handhabung werden, weil die Kondensatoren» Widerstände, Halbleiterelenente bzw. deren Kombinationen mit den SchalteransehXuQklemraen vernietet oder verlötet werden nüssen·

Die Erfindung hat zum Ziel, die geschilderten Unzulänglichkeiten der üblichen Schaltvorrichtung:» au vermeiden und löst die Aufgabe dadurch, daß ein oder mehrere den Funken unterdrückende Stoffe, beispielsweise Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, Widerstands- oder Halbleitermaterial so zwischen den Unterbrechersungen eingefügt wird, daS ea sowohl mechanisch als auch elektrisch feet mit diesen verbunden ist»

Ein Ziel der Erfindung ist somit, eine Schaltvoxriehtung an schaffen, die in -der lage ist, den "beim Schalten entstehende». Funken zu unterdrücken oder zu löschen.und. öactacfc dessen Störungen ier Funkwellen zu unterdrücken WiA- gleichzeitig die Iebensdauer äer Kontakte durch Herunterdrücken ihrer Abnutzung auf ein Mindestmaß beträchtlich zu erhöhen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die -Schaffung einer Schaltvorrichtung, welche in der Ausführung einfach «Ed trotz ihrer Fähigkeit, den Funken -zu unterdrücken, klein ist, eo daß ai® bequem herstellbar und anwendbar iat«

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Sohaltvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, den Funken zu unterdrücken oder zu löschen, ohne daß sie in Ausführung vmä ÖröS© wesentlich von den üblichen Schaltvorrichtungen abweioht,

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Zeichnungen an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert·

Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf eine den Funken unterdrückende

erfindungsgemäße Schaltvorrichtung; Pig. 2 eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung nach Fig. 1

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im Schnitt?
Fig. 3 einen vergrößert gezeichneten Teil des Schnittes nach Fig. 2;

Fig. 4 den verschiedenen Ausführungsbeispielen entsprechende ία) "" Schaltungen j

Fig. 5 ein Diagramm der Charakteristik eines in den Ausftih^u* rungsbeispielen verwendeten Halbleiterelementes;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen den Funken unterdrückenden Schaltvorrichtung nach der Erfindung!;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer weiteren AuefUhrungsf orm einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung und

Fig. 8 eine entsprechende Schaltung der Ausführungsbeispiele

|j ^u· nach Fig. 7.

In Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine feste Uhterbreeherzunge und die BezugszIffer 2 eine bewegliche unterbrecher zunge aus einem Bimetall· Am freien Ende der festen Unterbrecherzunge ist ein fester Kontakt 3 angebracht, während das freie Ende der beweglichen Unterbreoherzunge 2 mit einen sich bewegenden Kontakt 4 versehen ist* Diese Kontakte 3 und berühren und trennen sich entsprechend der bekannten Bewegung der Bimetalle der beweglichen Unterbrecherzunge aufgrund der Temperaturänderung. Ein U-förraiges Impedancglied 5 ist an dem festen Ende der beweglichen Unterbrecherzunge angebracht, wobei | es diese mit seiner Innenfläche umgreift, während es mit seiner Außenfläche in dem U-förmigen festen Endteil der festen Unterbrecherzunge eingefügt ist· Mit dieser Ausbildung wird eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem Impedanzglied 5 und der festen Unterbrecherzunge 1 einerseits und zwischen dem Impedanzglied 5 und der beweglichen Unterbrecherzunge anderseits erhalten. Zur Befestigung der Schaltvorrichtung an einem isolierten Gehäuse, Gestell oder dergl. ist an der festen Unterbrecherzunge 1 ein Paar Befestigungsstücke 6,6 angeordnet. Die Bezugsziffern 7 und 8 bezeichnen die nach außen ragenden Anschlußklemmen der festen Unterbrecherzunge 1 bzw. der beweglichen Unterbrecherzunge 2.

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Das Impedanzglied ist ein Teil aua einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, einem elektrischen Widerstandsmaterial oder aus einem Halbleitermaterial, das eine nichtlineare Widerstandscharakteristik aufweist, wie Heißleiter, Gleichrichter oder dergl«

Das Impedanzglied übt seiner Art entsprechend eine den Funken unterdrückende oder löschende Funktion aus.

Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante für das Impedanzglied 5 vorvjendet ist, ist mit Bezug auf Fig. 4(a) erklärt, die eine entsprechende Schaltung der Schaltvorrichtung zeigt. ·

Die festen bzw· sich bewegenden Unterbrecherkontakte sind mit 3 bzw. 4 bezeichnet, 5a bezeichnet einen aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante gebildeten, als Impedanzglied 5 verwendeten Kondensator mit einer so hohen relativen Dielektrizitätskonstante von 1000 - 10000. Als Material dafür kommen Titanate (z.B. BoTiO-, PbTiO-), Kiobate (z.B. KnbO-), tantalsaure Salze (z.B. KTaO,) usw. in Frage. Der Kondensator 5a ist zwischen die feste Unterbrecherzunge 1 und die bewegliche Unterbrecherzunge 2 geschaltet? mit dieser Anordnung wird äer zwischen den Kontakten 3 und 4 entstehende Funken un- ' terdrückt bzw. gelöscht.

Die Breite des Impedanzgliedes aus Material mit hoher Dielektrizitätskonstante sei w (Fig. 1), die Dicke t und die länge der Berührungsfläche mit der beweglichen Unterbrecherzunge 2 sei 2 1 (Fig. 3)ι dann ist die Kapazität C des Kondensators 5a bestimmt durch die Gleichung

0 . Farad,

wobei £ ^ _dle Dielektrizitätskonstante des Vakuume und

£ _a die relative Dielektrizitätskonstante des als Impedanz verwendeten Materials

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bedeutet.

Bei 2 1 « 20 mra, w = 5 mm, t « 0,5 mm, S₀ * 5,000 hat der Kondensator somit eine Kapazität von 0,009 Mikrofarad· Biese Kapazität ist praktikabel für thermische Relaie , wie ei· üblicherweise in elektrischen Schlafdecken, Heizkissen, Fußwärmern und dergl. verwendet werden.

Im nächsten Ausführungsbeispiel ist ein elektrisches Widerstandsmaterial als funkenunterdrückende Impedanz 5 verwendet? Pig. 4 (b) zeigt die Schaltung der Schaltvorrichtung dieser Ausführungsform. . %

Der feste bzw» der sich bewegende Kontakt ist wieder mit 3 bzw. 4 bezeichnet. 5b bezeichnet einen aus dem Widerstandsmaterial gebildeten als Impedanzglied 5 verwendeten Widerstand. Da der Widerstand 5b zwischen die feste und die bewegliche Unterbrecher zunge 1 bzw. 2 geschaltet ist, wird der durch das öffnen der Kontakte 3 und 4 entstehende Funke aufgrund des starken Spannungsabfalls zwischen den Kontakten im Augenblick des öffnens wirksam gelöscht bzwe weitgehend unterdrückt.

Angenommen, die angelegte Spannung sei beispielsweise 100 T und eine elektrische Schlafdecke mit einem Gesamtwiderstand von 100 0hm sei über fünf dieser in Eeihe liegenden Schal.tvor- i richtungen mit der Spannungsquelle verbunden, wobei der Widerstand eines jeden Resistors 5b) 1 kOhm beträgt, so werden die zwischen den offenen Kontakten jeder Schaltvorrichtung induzierten Spannungen sehr gering, wodurch sich die lebensdauer der Kontakte verzehnfacht.

Als Material für den Resistor 5b kann ein metallisches Widerstandsmaterial wie eine Eisen-Ohrora-Aluminiumlegierung, eine Eisen-Chrom- oder Eisen-Nickellegierung oder ein nichtmetallisches Widerstandsmaterial wie aufgekohlte Keramik usw. je nach ■ angewendeter Temperatur oder dem erforderlichen Wideretand benutat werden.

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In einem weiteren Aueftthrungsböiapiel gemäß Pig. 4(0) ist als Impe&anzglied 5 ein brettförmiger Heißleiter mit einer Spannungs-Stromoharakteristik nach Fig. 5(a) verwendet! Pig. 4(c) atel.lt die entsprechende Schaltung dar.

Während 3 und 4 wieder den festen bzw. den sich bewegenden Kontakt bezeichnen, ist der Heißleiter mit 5(c) bezeichnet·

Durch Zwischenschalten des Heißleiters 5c zwischen die Dnterbrecherzungen 1 und 2 kann der Funke zwisohen den Kontakten 3 und 4 wesentlich unterdrückt werden.

In dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Pig, 4(d) ist ein brettförmiger kreuzgeschaltater zusammengesetzter Gleichrichter mit einer Spannungs-Stromcharakteristik nach Fig. 5(b) als Impedanzglied 5 verwendet, Fig. 4(d) stellt die entsprechende Schaltung für diese Ausführungaform dar»

Der feste und der sich bewegende Kontakt ist mit 3 bzw, 4, das kreuzgeschaltete zusammengesetzte Gleichrichterglied mit 5d bazeichnet. Jeder Teilgleichrichter des zusammengesetzten Gleichrichtergliedes weist die in Fig«, 5(b) geiseigte Öharakteristik auf.

Als Teilgleiehrichter 5d können Selengleichrichter» Germaniumdioden, Silicondioden oder Kuprooxydgleiohrichter verwandet werden.

Aufgrund des Zenereffekts des zusamraengesetzten, zwischen die Unterbrecherzungen 1 und 2 geschalteten Gleiohrichtergliedes 5d wird die zwischen den Kontakten 3 und 4 induzierte Spaimung wirksam aufgezehrt, mit dem Ergebnis, daß die Funkenbildung wirkungsvoll unterdrückt wird.

In dem in Fig. β gezeigten Ausführungabeispiel ist di® feste TTnterbrecherzunge mit 61 und der feate Kontakt an ihrem fröieu Ende mit 63 bezeichnet. 62 ist eine bsWgtllfcfcs ttiatertoreoäersuage S.UQ Bimetall, £4" der sich be^egSiiÄe Kontakt an:, Ihrem freiea

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Ende. Die feste und die bewegliche Kontaktzunge sind durch das Isolierstück .66 mechanisch miteinander verbunden. Zwischen die beiden Unterbrecherzungen ist ein Impedenzglied 65 zum Unterdrücken oder Löschen des Funkens eingeführt und durch βeine Endflächen mit den Unterbrecherzungeη 61 bzw. 62 fest verbunden.

Für das Impedanzglied 65 können wie in den vorhergehenden Ausftihrungsbeispielen ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, elektrisches Widerstandsraaterial sowie Halbleiterelemente mit nichtlinearer Widerstandscharakteristik verwendet werden. Das Isolierstück 66 kann ebenfalls aus dem gleichen Material bestehen wie das Impedanzglied 65. "

Die Schaltvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet in der gleichen Weise wie die vorher beschriebenen Aueführungsbeispiele.

Bei einem weiteren Aueführungebeispiel der Erfindung gemäß Pig· 7 bezeichnet 71 eine feste Unterbrecherzunge mit einem | Kontakt 73 am freien Ende der Zunge. Mit 72 ist eine bewegliche Ohterbrecherzunge aus Bimetall mit einem sich bewegenden Kontakt 74 an ihrem freien Ende bezeichnet. Die feste und die bewegliche Unterbrecherzunge sind durch das Isolierstück 76 mit einander mechanisch verbunden. Zum Unterdrücken oder löschen j des Funkens sind zwei verschiedenartige Impedanzglieder 75 und " 77 zwischen den beiden Unterbrecherzungen 71 und 72 eingefügt und durch ihre Endflächen fest mit den Unterbrecherzungen verbunden. Mr die Impedanzglieder 75 und 77 können zwei verschie- ! dene Materialien aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, einem elektrischen Widerstandsmaterial oder aus Halbleitereleffienten mit nichtlinearer Widerstandscharakteristik benutzt werden. Das Isolierstück 76 unterstützt die beiden Unterbrecherzungen 71 und 72 und isoliert sie gleichzeitig elektrisch. Das Isolierstück kann aus Glimmer, Keramik oder einejn Kunststoff bestehen.

8(a) zeigt eine entsprechende Schaltung dieses. Ausführungs-

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beispiels mit einem Widerstand 75a aus elektrischem Wider-Standsmaterial und einem Kondensator 77a aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante» welche die Impedanzglieder 75 und 77 bilden. Die Schaltvorrichtung nach diesem AttefÜbrungsbeispiel umfaßt einen Wideretand 75a und einen Kondensator 77a» die zu den Kontakten 73 und 74 parallel geschaltet sind» so daS die im Augenblick des Schaltens induzierte Stoßepannung einwandfrei aufgezehrt und dadurch Funkenbildung verhindert wird,

Pig. 8(b) stellt eine Schaltung eines anderen Aueftthrungsbeispiels dar, in welchem als Impedanzglieder 75 und 77 ein HeIS-leiter 75 b und ein Kondensator 77b aus einem Waterial mit hoher Dielektrizitätskonstante verwendet ist.

Die entsprechende Schaltvorrichtung umfaßt einen Heißleiter 75b und einen Kondensator 77b, welche zu den Kontakten 73 und 74 parallel geschaltet sind, so daß die im Augenblick des Schaltens induzierte Stoßspannung einwandfrei aufgezehrt und somit Funkenbildung vermieden wird.

Wie in den vorstehenden Aueführungebeispielen dargetan ist, ist die Schaltvorrichtung nach der Erfindung sowohl einfach in der Ausführung, von kleinen Abmessungen und bequem In der An- ' wendung, als auch geeignet, Funkenbildung wirksam zu unterdrücken oder Funken zu löschen und folglich Störungen der Funkwellen zu vermindern oder auszuschalten sowie die Abnutzung der Kontakte auf ein Mindestmaß herunterzudrücken* ohne daß wesentliche Änderungen an der Ausführungsform einer herkömmlichen Schaltvorrichtung erforderlich sind.

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Claims (1)

1. A η a Tf r ti ο h e

   X« Funken« bam. Mohtbogdnbildung unterdrückende Schal trorrichtung mit je einen Kontakt aufweisenden Uatarbrecheriungen, dadtirch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Xmpedansglied (5; 65; 75j 77) eo zwischen den Unterbrecher«ungen (1»2| 61,62; 71,72) eingefügt ist, daß eine elektrische Verbindung ewisehen den Anschlüssen des Impedanegliedes 12nd den IJnterbreohersungan besteht·

   2« Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, daß das ImpedanEglied aus einem Material Bit hoher Dielektrizitätskonstante besteht·

   3« Schaltvorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß daa Impedanzglied aus einem Material mit elektrisches* Widerstand besteht·

   4· Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, daß das Impedanzglied ein Halbleiter aus wenigstens einem feil eines Halbleitermaterial mit einer niohtlinearen Spawnunga-Stromoharakteristlk ist«

   5· Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS wenigstens zwei verschiedenartige Impedanzglieder vorgesehen sind.

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