DE2907807A1 - Bauelementekombination mit einem kaltleiter und einem weiteren bauelement - Google Patents

Bauelementekombination mit einem kaltleiter und einem weiteren bauelement

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DE2907807A1 DE19792907807 DE2907807A DE2907807A1 DE 2907807 A1 DE2907807 A1 DE 2907807A1 DE 19792907807 DE19792907807 DE 19792907807 DE 2907807 A DE2907807 A DE 2907807A DE 2907807 A1 DE2907807 A1 DE 2907807A1
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bimetal switch
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ptc thermistor
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Franz Dipl Ing Stangl
Gert Ing Grad Wilmes
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/01Details
    • H01H61/013Heating arrangements for operating relays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H43/00Time or time-programme switches providing a choice of time-intervals for executing one or more switching actions and automatically terminating their operations after the programme is completed
    • H01H43/30Time or time-programme switches providing a choice of time-intervals for executing one or more switching actions and automatically terminating their operations after the programme is completed with timing of actuation of contacts due to thermal action

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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Bauelementekombination mit einem Kaltleiter und einem
  • weiteren Bauelement Die Erfindung betrifft eine Bauelementekombination mit einem Kaltleiter und einem weiteren elektrischen Bauelement, bei der die beiden Bauelemente durch Druckkontakt zwischen geringflächig an den äußeren Belegungen der Bauelemente anliegenden Stromzuftihrungen klemmend gehalten sind, zwischen die Bauelemente eine großflächige, praktisch die gesamte Fläche ihrer Gegenbelegungen berührende Stromzuführung nicht fest verbunden eingefügt ist und die drei Stromzuführungen mit Zuleitungen versehen sind, die durch Öftiungen in einem Sockel hindurchreichen, dadurch den klemmenden Halt der beiden Bauelemente bewirken und Kontaktstifte (Anschlußfahnen) darstellen, wobei die gesamte Anordnung mit einer topfförmigen Kappe versehen ist, die die Anordnung nicht berührt und mit dem Sockel formschlüssig verbunden ist.
  • Eine solche Bauelementekombination ist für den Zweck der Entmagnetisierung der Lochmasken von FarbSernseh-3ildröhren bekannt. Bei dieser Kaltleiterkombination snd zwei keramische Kaltleiterelemente thermisch eng gekoppelt, wobei ein erstes Kaltleiterelement unter Zwischenlage einer großflächigen, thermisch und elektrisch gut leitenden MitteleleXtrode mit einem zweiten Kaltleiterelement eng gekoppelt ist, die Kaltleiterelemente an den der Mittelelektrode gegenüberliegenden Flächen punktförmig kontaktiert sind und die gesamte Kombination von Isoliermaterial umhüllt ist, ohne daß die Seitenflächen der Kaltleiterelemente berührt sind (DE-AS 21 07 365).
  • Es ist auch bekannt, auf diesem Prinzip aufbauend die Kaltleiterkombination in ein Gehäuse einzubauen, das aus einem kreisrunden Sockel und einer topfförmigen (fingerhutähnlichen) Kappe besteht, die mit dem Sockel formschlüssig verbunden ist und in der die Kaltleiterkombination derart untergebracht ist, daß die Anschlußfahnen (Kontaktelemente) der Stromzuführungen durch Öffnungen im Sockel hindurchragen, wo sie in Stifte enden, die zur richtigen Einbaulage gegeneinander versetzt sind (Druckschrift "Siemens Kaltleiter-Lieferprogramm» 1978/79, Titelblatt und Seite 2).
  • Andererseits sind Zeitschalter zum verzögerten Sin- und Ausschalten von elektrischen Geräten auf dem Markt, die einen Bimetallschalter enthalten, der in gutem thermischen Kontakt zu einem Heizelement steht. Solche Zeitschalter werden unter der Bezeichnung "Tempositron" ge- führt (vgl. Druckschrift "Siemens, Elektronische Bauelemente Neuheiten'i 1978, S. 144). Diese bekannten Zeitschalter haben als Heizelement einen Kaltleiter, der mit einem Bimetall-Schnappschalter thermisch gekoppelt ist.
  • Bei Anlegen der Netzspannung heizt sich der Kaltleiter auf und erreicht nach etwa 1 bis 2 Sekunden seine Nenntemperatur, wodurch der Bimetall-Kontakt durchschaltet.
  • Nach dem Abschalten der Netzspannung kühlt die Anordnung wieder ab. Der Bimetallschalter schaltet nach einer bestimmten Zeitverzögerung wieder zurück. Durch unterschiedliche Bimetall-Schalttemperaturen kann die Verzögerungszeit zwischen 1 und 5 Minuten variiert werden. Der bekannte Kaltleiter-Zeitschalter ist für Netzspannungen von 110 bis 240 V ausgelegt. Der Kaltleiterwiderstand R beträgt bei 250 C 33 Ohm, der Dauerstrom I durch den Kaltleiter ist 10 mA und kleiner, die Schaltleistung (250 V bis 4 A) beträgt 1000 W.
  • Obwohl sich dieser bekannte Kaltleiter-Zeitschalter in der Anwendung bewährt hat, besteht eine gewisse Einschränkung für die Vielfalt der Anwendungen durch die Größe des Gehäuses dieses Zeitschalters. Das Zeitschalter-Gehäuse ist etwa quaderförmig mit den Abmessungen für Länge, Breite und Höhe L = 4 cm, B = 3 cm und H= 2 cm.
  • Diese Abmessungen sind durch die notwendigerweise verwendeten relativ großen Bauelemente (Kaltleiter, Bimetallschalter) bedingt, weil man der Auffassung war, daß es für einen guten Wärmeübergang vom Kaltleiter auf den 3imetallschalter erforderlich sei, zwischen diesen Elementen eine feste, kraftschlüssige Verbindung herzustellen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bauelementekombination aus einem Kaltleiter und einem weiteren elektrischen Bauelement anzugeben, bei der als weiteres Bauelement ein Bimetallschalter verwendet ist, so daß ein Zeitschalter entsteht, dessen äußere Gehäuseabmessungen wesentlich kleiner sind und der dennoch die an einen solchen Zeitschalter gestellten Forderungen erfüllt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Zeitschalter der ein gangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres elektrisches Bauelement der Bauelementekombination ein knopfförmiger Bimetallschalter zwischen die großflächige StronzuSuhrung und die geringflächige Stromzuführung in klemmendem Halt ein gefügt ist und dabei die großflächige Basisstromzuführung des Bimetallschalters ganzflächig und mit gutem vEårmeübergang an der großflächigen Stromzuführung d @@@@@@@@@@@@@ anliegt und an der kleinflächigen Stromzuführung des Bimetallschalters die andere Stromzuführung anliegt.
  • Entgegen der Annahme, daß der Bimetall-Zeitschalter mit dem Kaltleiterelement fest, d.h. kraftschlüssig verbunden sein soll, hat sich herausgestellt, daß die Anwendung des Montageprinzips von Kaltleiterkombinationen für die Entmagnetisierung auf Zeitschalter aus Kaltleiter und Bimetallschalter einen ausreichend guten Wärmeübergang liefert, weil die mittlere Stromzuführung großflächig ist, d.h. praktisch die gesamte Fläche einer Belegung des Kaltleiters bedeckt Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine Bauelementekombination als Zeitschalter vorgeschlagen, die überraschenderweise alle vorteilhaften Eigenschaften der bisher bekannten Zeitschalter umfaßt und darüber hinaus noch in einer sehr kompakten Bauweise vorliegt, indem nämlich die Abmessungen des Gehäuses gering sind, nämlich Höhe 1,7 cm und Durchmesser ebenfalls 1,7 cm.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
  • Es zeigen Fig. 1 den Zeitschalter, teilweise geschnitten, zur Verdeutlichung der inneren Anordnung, Fig. 2 den Zeitschalter gemäß Fig. 1, jedoch um 900 gedreht, so daß das scheibenförmige Kaltleiterelement erkennbar ist, Fig. 3 das Prinzipschaltbild des Zeitschalters.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 ist zu entnehmen, daß im Sockel 1, der senkrecht zur Zeichenebene kreisförmigen Querschnitt hat, drei Öffnungen 13 vorgesehen sind. Durch diese Öffnungen 13 ragen die Kontaktelemente 2, 3 und 4 hindurch; solche Kontaktelemente werden auch als Anschlußfahnen bezeichnet.
  • Die Kontaktelemente werden oberhalb des Sockels 1 als StromzuSiShrungen weitergeführ. . Zwischen den Stromzuführungen 5 und 9 ist der keramische elektrische Kaltleiter 6 durch Klemmsitz, also nicht durch feste Verbindung (z.B. Lötung) befestigt.
  • Der Kaltleiter 6, der hier zur Anwendung gelangt, ist an sich bekannt. Solche Kaltleiter werden auch als PTC-Widerstände bezeichnet (Positive Temperature-Coefficient).
  • Sie zeichnen sich dadurch aus, daß der Widerstandswert temperaturabhängig ist, d.h. sie haben eine Sprungcharakteristik, indem der Widerstandswert ab einer gewissen Temperatur sprunghaft um 3 bis 5 Zehnerpotenzen zunimmt, z.B. von 50 Qcm bei 200 C auf 5.104 bis 5.106acm oberhalb der Curietemperatur. Bekanntermaßen resultiert diese Sigenschaft daher, daß Kaltleiter aus ferroelektrischem Material mit Perowskitstruktur bestehen und somit eine Curietemperatur aufweisen, in deren Temperaturbereich eine Umwandlung des Kristallgitters erfolgt. Im Bereich dieser Curietemperatur (meist zwischen 20 und 1800 C) tritt der relativ steile Widerstandsanstieg mit steigender Temperatur auf.
  • Anwendungen und Eigenschaften von Kaltleitern sind in der einschlägigen Fachliteratur hinreichend beschrieben. Im Vordergrund der elektrischen Eigenschaften steht die Fähigkeit, daß diese Kaltleiter sich bei Stromdurchgang erwärmen, dadurch hochohmig werden (PTC-Widerstand), so daß diese änderung der elektrischen Leitfähigkeit für Schaltzwecke ausgenutzt werden kann. So ist bei einem Kaltleiter die Erwärmung bei Stromdurchgang so stark, daß damit andere Bauelemente beheizt werden können, wie dies beispielsweise bei den oben beschriebenen Kaltlei- terkombinationen für die Ratmagnetisierung der Lochmaske von Farbf erns eh-Bildröhr en bekannt ist. Andererseits kann der Kaltleiter von außen erwärmt werden, so daß dann der Widerstandswert bei Temperaturen oberhalb der Curietemperatur so hoch wird, daß praktisch kein Strom mehr fließt.
  • Das keramische elektrische Kaltleiterelement 6 ist mit Belegungen 6a und 6b versehen, die in aller Regel in Form von auf den Körper direkt aufgebrachten Metallschichten ausgebildet sind.
  • Während die Stromzuführung 9 großflächig ist, d.h. daß sie praktisch die gesamte Belegung 6b berührt, ist die Stromzuführung 5 nur auf einer geringen Fläche mit der Belegung 6a verbunden. Um diese geringflächige Berührung zu bewirken, ist die Stromzuführung 5 abgeknickt. Diese Abknickung trägt neben der Federwirkung der Stromzuführungen mit dazu bei, den Kaltleiter 6 im Klemmsitz zu halten.
  • Zwischen der großflächigen Stromzuführung 9 und der Stromzuführung 12, die ebenfalls abgeknickt ist und in das Kontaktelement 4 übergeht, das durch ein weiteres Loch 13 im Sockel 1 hindurchragt, ist ein knopfförmiger Bimetallschalter 11 im ICemasitz befestigt. Die gro3-flächige Basisstromzuführung 15 dieses Bimetallschalters 11 liegt ganzflächig und mit gutem Wärmeübergang an der großflächigen Stromzuführung 9 an. An der kleinflächigen Stromzuführung 16 des knopfförmigen Bimetallschalters 11 liegt die Stromzuführung 12 an.
  • Knopfförmige Bimetallschalter, die bei der hier beanspruchten Bauelementekombination verwendet werden, sind bekannt und auf dem Markt erhältlich. Die großflächige 3asisstromzuführung 15 besteht aus Metall und reicht über die Mantelfläche bis auf die gegenüberliegende Sei te eines aus Isolierstoff bestehenden Gehäuses 8. In der Kette dieser gegenüberliegenden Seite befindet sich die geringflächige Stromzuführung 16 des Bimetallschal ters 11. Innerhalb des Gehäuses ist das Bimetallelement mit dem Kontaktpimpel 10 angebracht.
  • Die gesamte Anordnung ist von einer topfförmigen Kappe 7 umgeben, die die Anordnung selbst nicht berührt und mit dem Sockel 1 kraftschlüssig verbunden ist.
  • In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Stromzuführung 5 gewissermaßen kamm- oder gabelförmig ausgebildet ist und an der Metallbelegung 6a des Kaltleiters 6 anliegt. Die Mittelelektrode 9 ragt teilweise etwas über den scheibenförmigen Kaltleiter 6 hinaus In den Anschlußfahnen, die in die gegeneinander versetzten Kontaktelemente 2 und 3 übergehen, sind längliche, relativ breite Öffnungen 17 vorgesehen. DieSe Öffnungen dienen als 11Wärmefalle, d.h. daß sie für den Ubergang der Wärme, die von dem Kaltleiter 6 entwickelt wird und die sich über die Stromzuführungen 9 und 5 in die Kontaktelemente 2 und 3 ausbreitet, durch den geringeren Querschnitt ein Hindernis darstellen. Eine solche Ausführung einer "Wårmefalle" ist beispielsweise beschrieben in der DE-AS 27 05 438 und ist somit nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild für den Zeitschalter.
  • Die Wärme des Kaltleiters 6 geht - angedeutet durch den Pfeil Q - auf den Bimetallschalter 11 über, sofern zwischen den Anschlußelementen 3 und 2 über den Kaltleiter 6 ein Strom fließt, der zur Erwärmung desselben führt. Der Bimetallschalter 11 schaltet dann ein, so daß zwischen den Anschlußkontakten 4 und 2 ebenfalls ein Strom fließen kann. Bei Abkühlung läuft dieser Vorgang in umgekehrter Folge ab, so daß der Bimetallschalter 11 die elektrische Verbindung wieder trennt. Da das Abkühlen ein Vorgang ist, der eine bestimmte Zeit benötigt, kann hierdurch die Verzögerungszeit des Zeitschalters festgelegt werden, 1 Anspruch 3 Figuren

Claims (1)

  1. Pat entanspruch Bauelementekombination mit einem Kaltleiter und einem weiteren elektrischen Bauelement, bei der die beiden Bauelemente durch Druckkontakt zwischen geringflächig an den äußeren Belegungen der 3auelemente anliegenden Stromzuführungen klemmend gehalten sind, zwischen die Bauelemente eine großflächige, praktisch die gesamte Fläche ihrer Gegenbelegungen berührende Stromzuführung nicht fest verbunden eingefügt ist und die drei Stromzufhrungen mit Zuleitungen versehen sind, die durch Öffnungen in einem Sockel hindurchreichen, dadurch den klemmenden Halt der beiden Bauelemente bewirken und Kontaktstifte (Anschlußfahnen) darstellen, wobei die gesamte Anordnung mit einer topfförmigen Kappe versehen ist, die die Anordnung nicht berührt und mit dem Sockel formschlüssig verbunden ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als weiteres elektrisches Bauelement der Bauelementekombination ein knopfförmiger Bimetallschalter (11) zwischen die großflächige Stromzuführung (9) und die geringflächige Stromzuführung (12) in klemmendem Halt eingefügt ist und dabei die großflächige Basisstromzufuhrung (15) des Bimetallschalters (11) ganzflächig und mit gutem ärmeubergang an der großflächigen Stromzuführung (9) anliegt und an der kleinflächigen Stromzuführung (16) des Bimetallschalters (11) die Stromzuführung (12) anliegt.
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