DE19922633A1

DE19922633A1 - Thermostat

Info

Publication number: DE19922633A1
Application number: DE19922633A
Authority: DE
Inventors: Brandon L Wehl; James M Petro
Original assignee: Portage Electric Products Inc
Current assignee: Portage Electric Products Inc
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: US5936510A; HK1024093A1; DE19922633B4; CN1122291C; JPH11339614A; CN1241796A

Abstract

Ein Thermostat mit einem abgedichteten Gehäuse (12) hat ein aus letzterem (12) herausragenden Kontaktelement (14) mit einer inneren Kontaktstelle (18). Aus dem Gehäuse (12) ragt ein leitender Streifen (20), dessen inneres Ende (24) zwischen einer ersten Lage, in der es die innere Kontaktstelle (18) kontaktiert, und einer zweiten Lage, in der es einen Abstand von der Kontaktstelle (18) aufweist, beweglich ist. Im Gehäuse (12) liegt ein isolierender Abstandshalter (36) zwischen dem Streifen (20) und dem Kontaktelement (14). Um eine Selbsthaltefunktion des Streifens (20) in der zweiten Lage, in der ein den Thermostat aufweisender Stromkreis unterbrochen ist, zu bewirken, ist eine leitende Kontaktunterlage (44) auf der dem Kontaktelement (14) zugekehrten Abstandshalterseite (38) und eine leitende Kontaktunterlage (46) auf der dem Streifen (20) zugekehrten Abstandshalterseite (40) angeordnet. Ferner ist ein Widerstandskörper (48) im Abstandshalter (36) elektrisch mit beiden Kontaktunterlagen (44, 46) verbunden. Sein Widerstandswert ist so bemessen, daß er in der zweiten Lage des Streifenendes (24) hinreichend Wärme erzeugt, um es solange in dieser Lage zu halten, bis ein über den Stromkreis fließender Strom unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf Bimetall- Thermostate für die Anwendung in elektrischen Stromkreisen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Thermo stat mit abgedichtetem Gehäuse, der in den geöffneten Zu stand kippt und solange im geöffneten Zustand bleibt, bis die Betriebsspannung der Vorrichtung ausgeschaltet oder weggenommen wird.

Bimetall-Thermostate enthalten einen Bimetall-Streifen, der im wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen Blechen aus Metall mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizi enten besteht. Bei zunehmender Umgebungstemperatur biegt sich der Bimetall-Streifen von der Seite weg, auf der das Blech mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten liegt. Bei einem Bimetall-Streifen mit Kipp-Effekt hat der Bime tall-Streifen einen mittleren Abschnitt, der sich bei zu nehmender Temperatur nicht allmählich, sondern erst bei Überschreitung eines Temperaturschwellwerts plötzlich ver biegt. Der Bimetallstreifen "kippt" daher in die gebogene Form.

Solche Bimetallstreifen werden dann in einem Gehäuse und/oder neben einem weiteren Kontaktstück angeordnet, so daß eine elektrische Verbindung entweder hergestellt oder unterbrochen wird, wenn sich der Bimetallstreifen verbiegt.

Diese Art von Thermostat hat zahlreiche Anwendungsmöglich keiten, ist in letzter Zeit jedoch in größerem Umfang in der Elektronikindustrie benutzt worden, und zwar hauptsäch lich deswegen, weil er sich verhältnismäßig kompakt aufbau en läßt.

In letzter Zeit werden neue Normen für Motoren, Transforma toren, Heimgeräte usw., in Erwägung gezogen, bei denen der Thermostat gegen eine Überhitzung der Vorrichtung in dieser eingebaut und beim Auftreten des Überhitzungszustands in den geöffneten oder ausgeschalteten Zustand kippt und da nach solange im geöffneten Zusand bleiben soll, bis entwe der die Betriebsspannung von der Vorrichtung weggenommen oder ein Schalter betätigt wird, um die Betriebsspannung der Vorrichtung auszuschalten.

Die US-Patentschrift 4 703 298 offenbart einen Thermostat mit keramischen Montagestiften 4, 5 aus ohmschem Wider standsmaterial. Der Thermostat ist eine Vorrichtung vom "offenen" Typ und daher allen Arten von atmosphärischen Einflüssen ausgesetzt. An den parallelen Stiften 4, 5 sind zwei Metallkontaktträger 2, 3 befestigt. Die Träger 2 und 3 sind auf den Stiften 4 und 5 wählbar relativ zueinander be weglich, so daß der Thermostat auf die Temperatur einge stellt werden kann, bei der der Stromkreis geöffnet werden soll. Der Thermostat muß daher offen sein, damit sich die Träger 2, 3 relativ zu den Stiften 4, 5 bewegen können.

Wenn sich das Bimetall 7 in die geöffnete Lage bewegt, fließt in den Stiften kurzzeitig ein starker Strom, der das keramische PTC-Stiftmaterial rasch bis zu der Temperatur erwärmt, bei der es einen hohen ohmschen Widerstand hat, um den Stromkreis zwischen den Trägern 2, 3 effektiver voll ständig zu öffnen. Nachdem das Bimetall 7 die geöffnete La ge eingenommen hat, fließt in den hochohmigen Stiften ein kleiner Strom weiter, um bei der Stabilisierungstemperatur der Stifte Wärme zu erzeugen. Dieser schwache Strom reicht aus, um das Bimetall 7 selbst dann über seiner Rückstell- Temperatur zu halten, wenn die durch den Thermostat über wachte Umgebungstemperatur auf ihren ursprünglichen oder normalen Wert zurückkehrt. Der Stromkreis, in dem der Ther mostat liegt, bleibt daher solange geöffnet, bis der Ther mostat wieder von Hand zurückgesetzt wird, indem er aus dem Stromkreis ausgeschaltet wird, so daß sich die Stifte 3, 4 wieder auf ihren ursprünglichen Raumtemperatur- Widerstandswert abkühlen können.

Für viele Anwendungszwecke ist es wünschenswert, den Ther mostat gegenüber den örtlichen Umgebungseinflüssen abzu dichten, um einen einwandfreien Betrieb des Thermostats zu gewährleisten. Abgedichtete Thermostate können auf eine be stimmte Stromkreisunterbrechungstemperatur durch Verformen des Gehäuses an einer vorbestimmten Stelle geeicht oder eingestellt werden, wie dies an sich bekannt ist (siehe beispielsweise die US-Patentschriften 3 443 259 und 3 223 808, deren Offenbarung hier einbezogen werden soll).

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Thermostat mit dichtem Gehäuse anzugeben, der die durch ihn bewirkte Stromunterbrechung aufrechthält.

Gemäß der Erfindung enthält ein Thermostat ein abgedichte tes Gehäuse;
ein sich aus dem Gehäuse nach außen erstreckendes Kon taktelement, das relativ zu dem Gehäuse feststeht und eine innere Kontaktstelle hat;
einen ersten elektrisch leitenden Streifen, der sich aus dem Gehäuse nach außen erstreckt und dessen inneres En de zwischen einer ersten Lage, in der es an der Kontakt stelle des Kontaktelements anliegt, und einer zweiten Lage, in der es einen Abstand von der Kontaktstelle aufweist, be weglich ist;
einen zwischen dem Kontaktelement und dem ersten Streifen im inneren des Gehäuses angeordneten Abstandshal ter aus Isoliermaterial, der eine erste Seite, die dem Kon taktelement zugekehrt ist, und eine zweite Seite aufweist, die dem ersten Streifen zugekehrt ist;
eine erste elektrisch leitende Kontaktunterlage, die an der ersten Seite des Abstandshalters angeordnet ist;
eine zweite elektrisch leitende Kontaktunterlage, die an der zweiten Seite des Abstandshalters angeordnet ist;
einen ohmschen Widerstandskörper, der in dem Abstands halter zwischen den beiden Kontaktunterlagen angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden ist, wobei sein Wider standswert so bemessen ist, daß, wenn sich das innere Ende des ersten Streifens aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, durch den Widerstandskörper eine solche Wärmemenge erzeugt wird, daß sie ausreicht, das innere Ende des ersten Streifens solange in der zweiten Lage zu halten, bis ein über das Kontaktelement und den ersten Streifen fließender Betriebsstrom unterbrochen wird.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen be vorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zei gen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Thermostats,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung des Thermostats nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abstandshalter und einen ohmschen Widerstandskörper des Thermostats nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Abstandshalters und Wider standskörpers nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Unteransicht des Abstandshalters und Wider standskörpers nach Fig. 3 und

Fig. 6 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Thermostats.

Nach Fig. 1 hat der Thermostat 10 ein dichtes Gehäuse 12, in dem bzw. in das die übrigen Bauteile angeordnet bzw. eingeführt sind. So ist ein elektrisch leitender Streifen 14 in das Gehäuse 12 eingeführt. Der Streifen 14 hat ein erstes Anschlußende 16, das aus dem Gehäuse 12 herausragt, und ein innerhalb des Gehäuses 12 liegendes Kontaktende 18. Ein weiterer elektrisch leitender Streifen 20 in Form eines Bimetallstreifens ist ebenfalls in das Gehäuse 12 einge führt und ragt mit einem Anschlußende 22 nach außen, wäh rend sein anderes Ende 24 innerhalb des Gehäuses 12 liegt.

Der Streifen 14 ist relativ zum Gehäuse 12 ortsfest. Der Streifen 20 ist innerhalb des Gehäuses 12 beweglich. Das heißt, das innere Ende 24 des Streifens 20 ist zwischen ei ner ersten Lage und einer zweiten Lage beweglich. In der ersten Lage kontaktiert das innere Ende 24 des Streifens 20 das innere Ende 18 des Streifens 14, wodurch der Stromkreis zwischen den Anschlußenden 16 und 22 geschlossen wird (siehe Fig. 1). Wenn das Innere des Thermostats eine vorbe stimmte Stromkreis-Öffnungstemperatur erreicht, bewegt sich das innere Ende 24 des Streifens 20 in Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeils A in die zweite Lage, so daß das in nere Ende 24 des Streifens 20 einen Abstand vom inneren En de 18 des Streifens 14 aufweist.

Zwischen der Innenseite 26 des Gehäuses 12 und dem Streifen 14 ist eine Isolierschicht 28 angeordnet, die den Streifen 14 gegenüber dem Gehäuse 12 elektrisch isoliert. Den mitt leren Abschnitt der beiden Streifen 14, 20 umfaßt ein einen U-förmigen Kanal bildender Isolator 30. Der Isolator 30 liegt mit seinen Seitenwänden vorzugsweise an eine geringe re Breite aufweisenden Abschnitten 32 und 34 des Streifens 14 und des Streifens 20 an. Zwischen den Abschnitten 32, 34 ist ein isolierender Abstandshalter 36 angeordnet, der den Streifen 14 gegenüber dem Streifen 20 elektrisch isoliert. Das Isoliermaterial des Abstandshalters 36 besteht vorzugs weise aus Keramik. Der Abstandshalter 36 hat eine erste Seite 38, die dem Streifen 14 zugekehrt ist, und eine zwei te Seite 40, die dem Streifen 20 zugekehrt ist. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist der Abstandshalter 36 aus einem Calcium-Bor-Silikat-Glas, bei dem es sich um ein Glaskeramikmaterial handelt, hergestellt. Die beiden Streifen 14, 20 und der Abstandshalter 36 sind alle in dem U-förmigen Kanal 42 des Isolators 30 gelagert. Die gesamte Anordnung (d. h. Platte 28, Kanal 30, Streifen 14, Abstands halter 36 und Streifen 20) wird so weit in das Gehäuse 12 eingeführt, daß die Enden 16 und 22 der Streifen 14 und 20 aus dem Gehäuse 12 herausragen. Das Gehäuse 12 wird nach Einführung der gesamten Anordnung vorzugsweise von außen mittels eines Epoxydharzes 43 abgedichtet.

Nachstehend sei auf die verschiedenen Ansichten des Ab standshalters 36 nach den Fig. 3, 4 und 5 Bezug genommen. Auf der ersten Seite 38 des Abstandshalters 36 ist eine er ste elektrisch leitende Kontaktunterlage 44 aufgebracht. Auf der zweiten Seite 40 des Abstandshalters 36 ist eine zweite elektrisch leitende Kontaktunterlage 46 aufgebracht. Innerhalb des Abstandshalters 36 ist ein ohmscher Wider standskörpers 48 angeordnet. Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, hat der Widerstandskörper 48 vorzugsweise eine rechteckige ebene Form. Der Widerstandskörper 48 liegt zwischen den beiden Kontaktunterlagen 44 und 46 und ist mit diesen je weils über einen ersten Durchgang 50 und einen zweiten Durchgang 52 verbunden. Jeder Durchgang 50, 52 ist mit ei nem elektrisch leitenden Material gefüllt, um den Wider standskörper 48 mit den Kontaktunterlagen 44, 46 elektrisch zu verbinden. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktunterlagen aus etwa 80 Gewichtsprozent ver schmolzenem Silberpulver hergestellt, während den Rest ein Calcium-Bor-Silikatglas bildet. Die Durchgänge 50, 52 sind vorzugsweise mit 90 Gewichtsprozent verschmolzenem Silber pulver gefüllt, wobei der Rest aus Calcium-Bor-Silikatglas besteht. Der ohmsche Widerstandskörper 48 besteht vorzugs weise aus 90 Gewichtsprozent Calcium-Bor-Silikatglas, weni ger als 10 Gewichtsprozent-Rutheniumdioxidpulver und weni ger als 1 Gewichtsprozent Mangandioxid.

Im Betrieb sind die beiden Anschlußenden 16, 22 der Strei fen mit einem Stromkreis verbunden. Beispielsweise kann der Thermostat in einer Vorrichtung, z. B. einem über einem Ofen hängenden Ventilator, angeordnet sein und zum Unterbrechen des Betriebsstroms des Ventilators dienen, wenn die Umge bungstemperatur einen vorbestimmten Schwellwert überschrei tet. Mit anderen Worten, wenn die Umgebungstemperatur des Thermostats ansteigt und einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, biegt sich der Bimetallstreifen 20 von dem feststehenden Kontaktstreifen 14 weg, so daß das innere En de 24 des Streifens 20 vom inneren Ende 18 des feststehen den Streifens 14 einen Abstand aufweist, um den Stromkreis zwischen den Anschlußenden 16, 22 zu unterbrechen. Wenn da gegen die Umgebungstemperatur den Temperaturschwellwert un terschreitet, biegt sich der Bimetallstreifen 20 wieder zum Kontaktstreifen 16 hin, so daß der Stromkreis wieder ge schlossen wird und der Ventilator seinen Betrieb wieder aufnehmen kann.

Erfindungsgemäß fließt jedoch der dem Ventilator über die beiden Anschlußenden 16, 22 zugeführte Strom zwischen dem Streifen 14 und dem Streifen 20 über den elektrisch leiten den Zweig, der durch die erste Kontaktunterlage 44, den leitenden Durchgang 50, den Widerstandskörper 48, den lei tenden Durchgang 52 und die zweite Kontaktunterlage 46 ge bildet wird. Der Widerstandswert des Widerstandskörpers 48 ist so bemessen, daß, wenn der Streifen 20 in die geöffnete Lage bewegt wird, die von dem Widerstandskörper 48 (mit 1 bis 5 Watt, vorzugsweise 4 bis 8 Watt) erzeugte Wärme aus reicht, die Temperatur im Gehäuse 12 bei dem Temperatur schwellwert oder darüber aufrechtzuerhalten. Der Streifen 20 bleibt daher solange in der geöffneten Lage, bis der Be triebsstrom des Ventilators abgeschaltet oder die Versor gungsleitung auf andere Weise unterbrochen wird, z. B. durch Herausziehen eines Steckers. Danach kann sich der Thermo stat allmählich abkühlen und sich wieder selbst zurückstel len, wenn die Umgebungstemperatur unter den Schwellwert sinkt. Der Ventilator kann dann wieder mittels des Be triebsschalters oder durch Einstecken des Steckers seines Stromversorgungskabels wieder in Betrieb gesetzt werden.

Fig. 6 stellt ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 12 aus elektrisch leitendem Material. Das Ge häuse bildet daher den feststehenden Gegenkontakt für den Streifen 20, um den Stromkreis zu schließen. Mit anderen Worten, der Streifen 14 kann entfallen und durch die Innen seite bzw. Wand des Gehäuses 12 ersetzt werden. Erforderli chenfalls kann die Innenseite des Gehäuses 12 mit einer Silber- oder Goldzusammensetzung beschichtet sein, um die Leitfähigkeit des Gehäuses 12 zu erhöhen. Der Abstandshal ter 36 würde dann zwischen dem Streifen 20 und dem Gehäuse 12 angeordnet, um diese beiden Bauelemente elektrisch ge geneinander zu isolieren. Im übrigen hat das in Fig. 6 dar gestellte Ausführungsbeispiel einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Wirkungsweise wie das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel, einschließlich beispiels weise der Anordnung eines ohmschen Widerstandskörpers in nerhalb des Abstandshalters 36.

Claims

1. Thermostat mit:
einem abgedichteten Gehäuse (12);
einem sich aus dem Gehäuse (12) nach außen erstrecken den Kontaktelement (14; 12), das relativ zu dem Gehäuse (12) feststeht und eine innere Kontaktstelle (18; 12) hat;
einem ersten elektrisch leitenden Streifen (20), der sich aus dem Gehäuse (12) nach außen erstreckt und dessen inneres Ende (24) zwischen einer ersten Lage, in der es an der Kontaktstelle (18; 12) des Kontaktelements (14; 12) an liegt, und einer zweiten Lage, in der es einen Abstand von der Kontaktstelle (18; 12) aufweist, beweglich ist;
einem zwischen dem Kontaktelement (14; 12) und dem er sten Streifen (20) im inneren des Gehäuses (12) angeordne ten Abstandshalter (36) aus Isoliermaterial, der eine erste Seite (38), die dem Kontaktelement zugekehrt ist, und eine zweite Seite (40) aufweist, die dem ersten Streifen (20) zugekehrt ist;
einer ersten elektrisch leitenden Kontaktunterlage (44) , die an der ersten Seite (38) des Abstandshalters (36) angeordnet ist;
einer zweiten elektrisch leitenden Kontaktunterlage (46), die an der zweiten Seite (40) des Abstandshalters (36) angeordnet ist;
einem ohmschen Widerstandskörper (48), der in dem Ab standshalter (36) zwischen den beiden Kontaktunterlagen (44, 46) angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden ist, wobei sein Widerstandswert so bemessen ist, daß, wenn sich das innere Ende (24) des ersten Streifens (20) aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, durch den Wider standskörper (42) eine solche Wärmemenge erzeugt wird, daß sie ausreicht, das innere Ende (24) des ersten Streifens (20) solange in der zweiten Lage zu halten, bis ein über das Kontaktelement (14; 12) und den ersten Streifen (20) fließender Betriebsstrom unterbrochen wird.

2. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der Widerstandskör per (48) aus keramischem Material hergestellt ist.

3. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wider standskörper (48) eine ebene Form hat.

4. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Widerstandskörper (4?) eine Leistung von 1 bis 5 Watt ab gibt, wenn das innere Ende des ersten Streifens (20) die zweite Lage einnimmt.

5. Thermostat nach Anspruch 4, bei dem der Widerstandskör per (48) eine Leistung von 4 bis 5 Watt abgibt.

6. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Kontaktelement ein weiterer Streifen (20) ist.

7. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Kontaktelement ein Teil des Gehäuses (12) ist.

8. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem in der ersten Lage im wesentlichen kein Strom durch den Wider standskörper (48) und in der zweiten Lage ein Strom durch den Widerstandskörper (48) fließt.