МИНИАТЮРНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
SAFETY MICROSWITCH

Изобретение относится к миниатюрному предохранительному выключателю для использования в электронике автомобилей в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения. Миниатюрный предохранительный выключатель этого типа известен из документа DE 20 2009 010 473 U1.
Миниатюрные предохранительные выключатели этого типа все чаще заменяют пластинчатые плавкие предохранители, ранее использовавшиеся как стандарт в автомобильной промышленности. Эти предохранители стандартизированы в части их геометрических размеров. Стандартом, по-прежнему действительным в этом отношении в Германии, является стандарт DIN 72581-3. В настоящее время к этой области применим международный стандарт ISO 8820. В последнем стандарте определены три размера для пластинчатых плавких предохранителей, а именно: «тип С (средний)», «тип Е (большой ток)» и «тип F (миниатюрный)». В настоящем описании предохранительный выключатель, совместимый в части своих геометрических размеров с гнездом для пластинчатого плавкого предохранителя, в частности, для пластинчатого плавкого предохранителя типа F по стандарту ISO 8820, как правило, именуется миниатюрным предохранительным выключателем.
Предохранительные выключатели вышеупомянутого типа обычно содержат в качестве механизма срабатывания биметаллический перещелкивающийся диск, который в зависимости от температуры резко и реверсивно переключается между двумя искривленными положениями. Биметаллический перещелкивающийся диск жестко соединен в точке крепления с биметаллическим контактом. Свободный конец биметаллического перещелкивающегося диска, дальний от точки крепления, образует или несет подвижный контакт, упирающийся в соответствующий неподвижный контакт, при условии, что температура, доминирующая в предохранительном выключателе, лежит ниже порогового значения температуры. Таким образом, в этом случае биметаллическим перещелкивающимся диском замыкается электропроводная дорожка между биметаллическим контактом и неподвижным контактом. Как только температура, доминирующая в предохранительном выключателе, в результате сверхтока превысит пороговое значение температуры, биметаллический перещелкивающийся диск резко изменяет свою форму, и при этом подвижный контакт поднимается, отрываясь от неподвижного контакта, и, таким образом, путь тока прерывается.
Кроме того, в стандарте Общества инженеров автомобильной промышленности США SAE 553 определены три типа предохранительных выключателей для бортовой системы электроснабжения 12 В и 24 В. Выключатель типа 1 (автоматический возврат в исходное положение) размыкается в случае сверхтока и через конкретный период времени (обычно после того, как биметалл снова остынет) снова автоматически замыкается без вмешательства пользователя. В случае еще одного сверхтока выключатель циклически размыкается и замыкается. Выключатель типа 2 (модифицированный возврат в исходное положение) остается разомкнутым после срабатывания от сверхтока, пока не будет присутствовать минимальное напряжение. Допускаются некоторые циклы размыкания и замыкания, пока выключатель в конце концов не останется разомкнутым. Выключатель типа 3 (ручной возврат в исходное положение) в случае сверхтока размыкается, и цепь может быть снова замкнута путем ручного вмешательства, обычно посредством кнопки. Настоящий случай относится, в частности, к предохранительному выключателю типа 2.
В миниатюрном предохранительном выключателе, известном из документа DE 20 2009 010 473 U1, нагревательный резистор, например, PTC-резистор (резистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления), расположенный на некотором расстоянии от биметаллического перещелкивающегося диска и имеющий положительный температурный коэффициент, припаян к контактным шинкам посредством SMD-технологии (прибор для поверхностного монтажа). Биметаллический перещелкивающийся диск удерживается в разомкнутом положении после срабатывания от сверхтока (пускового события) посредством SMD- или PTC-резистора, электрически подключенного параллельно указанному биметаллическому перещелкивающемуся диску, путем поддерживания протекания малого тока через нагревательный резистор в случае перегрузки или короткого замыкания даже после того, как предохранительный выключатель сработал, а тепловые потери, возникающие в результате в нагревательном резисторе, используются для нагрева биметаллического перещелкивающегося диска.
Недостаток этой конструкции с PTC-резистором, неподвижно припаянным, заключается в том, что некоторое расстояние от биметаллического перещелкивающегося диска практически неизбежно, и поэтому биметаллический перещелкивающийся диск должен нагреваться через воздух. Следовательно, для поддерживания температуры биметаллического перещелкивающегося диска после срабатывания в результате сверхтока, чтобы противодействовать охлаждению ниже температуры возврата и тем самым предотвращать перещелкивание биметаллического перещелкивающегося диска обратно и замыкание цепи, необходим большой подвод энергии.
В соответствии с еще одной возможностью изготовления предохранительного выключателя типа 2 по стандарту SAE, биметалл может оснащаться нагревательной обмоткой, причем эта нагревательная обмотка также подключена электрически параллельно биметаллу. Биметалл удерживается разомкнутым после срабатывания биметалла от сверхтока за счет нагревания обмотки, которая высвобождает тепло в биметалл. Поскольку обмотка плотно прилегает к биметаллу, достигается высокая теплопередача. Однако при этом необходимо обеспечить электрическую изоляцию между биметаллом и обмоткой, например, в виде изоляции из стекловолокна или пленки (например, из каптона), что, однако, ограничивает теплопередачу и требует высокого уровня расходов и, в частности, препятствует автоматическому производству.
Целью изобретения является создание предохранительного выключателя, подходящего для миниатюризации, который можно легко изготавливать, и который особенно функционально надежен в части нежелательного перещелкивания назад биметаллического перещелкивающегося диска.
Исходя из миниатюрного предохранительного выключателя типа, описанного во введении, эта цель достигается, в соответствии с настоящим изобретением, отличительными признаками в п.1 формулы изобретения. С этой целью PTC-резистор приводится в непосредственный контакт с биметаллическим перещелкивающимся диском посредством пружины сжатия, причем пружина сжатия оперта на первой контактной шинке ниже неподвижного контакта.
В соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом осуществления, пружина сжатия, упругость которой прижимает PTC-резистор внутри корпуса к биметаллическому перещелкивающемуся диску, выполнена как коническая винтовая пружина. Коническая винтовая пружина имеет конец со стороны основания относительно большого диаметра и конец со стороны вершины относительно малого диаметра и поэтому далее по тексту будет именоваться также конической пружиной. Коническая пружина опирается своим концом пружины со стороны основания на контактную шинку внутри корпуса, а конец пружины со стороны вершины конической винтовой пружины предпочтительно опирается посредине на PTC-резистор. В сочетании с этим вариантом осуществления пружины сжатия как конической пружины, PTC-резистор предпочтительно является круглым и с этой целью выполнен как диск или пластинка резистора. Диаметр диска PTC-резистора опять-таки соответственно подогнан к относительно большому диаметру конической винтовой пружины и, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно идентичен концу пружины со стороны основания.
Этот вариант осуществления позволяет получить особенно компактную конструкцию пружины и резистора, что в свою очередь обеспечивает особенно малую потребность этих компонентов в пространстве в миниатюрном предохранительном выключателе. Кроме того, эта конструкция и модель позволяют получить особенно эффективную точку поворота или наклона в зоне контакта пружины сжатия, в которой конец пружины со стороны вершины указанной пружины, имеющий малый диаметр пружины, опирается на PTC-резистор. С этой целью размещение этих двух компонентов (пружина сжатия и PTC-резистор) в корпусе или в основании корпуса выбирается в части конструкции таким образом, что пружина сжатия зацепляется с PTC-резистором в зоне его средней точки. Таким образом, можно обеспечить, что пружина сжатия затем также опирается посредине на PTC-резистор и, таким образом, надежно удерживает свое положение, когда при срабатывании предохранительного выключателя биметаллический перещелкивающийся диск пружинит назад от неподвижного контакта, тем самым размыкая подвижный контакт, причем расширяющаяся часть PTC-резистора может поворачиваться относительно центральной точки наклона, образованной концом пружины со стороны вершины, и остается прижатым к биметаллическому перещелкивающемуся диску как результат упругости.
Как часть одного предпочтительного варианта осуществления пружины сжатия или конической винтовой пружины, а также PTC-резистора с учетом как условий ограниченного пространства для установки, так и необходимой функциональности, диаметр пружины сжатия или конической винтовой пружины на конце пружины со стороны основания приблизительно 2 мм и на конце пружины со стороны вершины приблизительно 4 мм, а также диаметр диска PTC-резистора (4,2±0,1) мм и толщина диска PTC-резистора (1,05±0,06) мм оказались особенно подходящими.
Для того чтобы легко и надежно обеспечить достаточную позиционную устойчивость пружины сжатия в корпусе, а также на основании корпуса, основание корпуса имеет карманообразный контур, предусмотренный в поперечном элементе корпуса, проходящем в поперечном направлении относительно контактной шинки. Когда первая контактная шинка, несущая неподвижный контакт, направляется через этот контур основания в продольном направлении и, таким образом, прерывает его посредине, пружина сжатия со своим концом, обращенным к указанной контактной шинке, лежит в карманообразном контуре основания и при этом поддерживается с двух сторон остающимися полуоболочками контура основания. Контур основания и две полуоболочки контура имеют такие размеры, что верхние и нижние отверстия в продольном направлении, выполненные для прохождения через контактную шинку, меньше по ширине в поперечном направлении наибольшего диаметра пружины сжатия.
Биметаллический перещелкивающийся диск прикреплен ко второй контактной шинке в точке крепления, выровненной в продольном направлении с двумя контактами (неподвижным контактом и подвижным контактом), расширяющаяся часть PTC-резистора расположена в продольном направлении между точкой крепления и контактами. Это опять-таки простым путем обеспечивает центральный контакт между PTC-резистором и биметаллическим перещелкивающимся диском. Кроме того, эта конструкция обеспечивает надежный контакт РТС-резистора с первой контактной шинкой посредством пружины сжатия и со второй контактной шинкой посредством биметаллического диска. В случае срабатывания ток, таким образом, протекает через PTC-резистор, в результате чего PTC-резистор нагревается.
Для того чтобы надежно предотвратить отскок назад биметаллического диска после того, как предохранительный выключатель сработал, оказалась необходимой температура на биметаллическом диске приблизительно 180° Цельсия. Для того чтобы обеспечить эту температуру на биметаллическом перещелкивающемся диске в случае срабатывания, для PTC-резистора особенно подходит материал, обеспечивающий нагревание РТС-резистора до температуры приблизительно 275° Цельсия как тепловые потери в результате протекания тока через этот резистор уведомления срабатывания.
Преимущества, достигаемые изобретением, заключаются, в частности, в том факте, что из-за размещения PTC-резистора в непосредственном контакте с биметаллическим перещелкивающимся диском миниатюрного предохранительного выключателя с помощью пружины сжатия, что максимально возможно экономит пространство, биметаллический перещелкивающийся диск в случае срабатывания получает достаточное количество тепла от PTC-резистора, чтобы надежно предотвращать отскок назад биметаллического диска нежелательным образом. Выполнение пружины сжатия как конической винтовой пружины позволяет минимизировать установочное пространство, требуемое для нее, поскольку в сжатом состоянии пружины витки указанной пружины лежат друг в друге. Как результат одного подходящего конструктивного варианта осуществления конической пружины как тела конической винтовой пружины с витками пружины, входящими друг в друга, когда указанная пружина полностью сжата, высота (длина блока) пружины сжатия или конической винтовой пружины в сжатом состоянии может предпочтительно ограничиваться двойным диаметром проволоки пружины путем загиба вовнутрь свободного конца пружины с наибольшим диаметром витка на конце со стороны основания конической винтовой пружины.
Колебания напряжения 12-вольтовой бортовой системой электроснабжения автомобиля, например, приблизительно от 11 В приблизительно до 14,5 В, предлагаемым миниатюрным предохранительным выключателем могут надежно покрываться. Благодаря непосредственному и на всю площадь контакту РТС-резистора с биметаллическим диском, который обеспечивается пружиной сжатия или которому пружина сжатия способствует, обеспечивается, что при относительно низких напряжениях энергии достаточно, чтобы удержать биметаллический диск в разомкнутом положении. В этом случае выходная мощность (P=UЧI) нелинейного PTC-резистора всегда достаточно высока. Кроме того, нет опасности того, что при относительно высоких напряжениях результирующая высокая температура РТС-резистора вызовет отпайку указанного резистора или даже повреждения указанного резистора, или что предохранительный выключатель в целом может стать слишком горячим. Кроме того, предлагаемый миниатюрный предохранительный выключатель обеспечивает надежный охват температурного диапазона, обычно требуемого в автомобильной промышленности, от -40°C до +85°C.
Далее более подробно объясняется примерный вариант осуществления изобретения со ссылками на графический материал, на котором:
фиг.1 представляет собой покомпонентный вид предохранительного выключателя, имеющего корпус, состоящий из основания корпуса и крышки корпуса, две контактные шинки, частично заделанные в основании корпуса, биметаллический перещелкивающийся диск, нагревательный резистор (PTC-резистор) и коническую пружину,
фиг.2 представляет собой вид в перспективном изображении предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в собранном состоянии с закрытым корпусом,
фиг.3 представляет собой вид в перспективном изображении предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в частично собранном состоянии с конической пружиной, вставленной в основании корпуса, без PTC-резистора и биметаллического перещелкивающегося диска,
фиг.4 представляет собой вид в перспективном изображении предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в частично собранном состоянии, как показано на фиг.3, но с PTC-резистором,
фиг.5 представляет собой вид в перспективном изображении предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в частично собранном состоянии, как показано на фиг.4, но с собранным биметаллическим перещелкивающимся диском,
фиг.6 представляет собой вид сбоку предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в собранном состоянии без крышки корпуса в (электропроводном) нормальном состоянии,
фиг.7 представляет собой вид, подобный приведенному на фиг.6, предохранительного выключателя, показанного на фиг.1, в сработавшем состоянии,
фиг.8 представляет собой вид в перспективном изображении конической пружины.
Соответствующие детали на всех фигурах всегда обозначены одинаковыми позициями.
Как можно видеть, в частности, на покомпонентном виде на фиг.1, предохранительный выключатель 1 содержит корпус 2, состоящий из основания 3 корпуса и крышки 4 корпуса. Кроме того, предохранительный выключатель 1 содержит неподвижную контактную шинку 5, биметаллическую контактную шинку 6 и биметаллический перещелкивающийся диск 7. Кроме того, предохранительный выключатель 1 содержит неподвижный контакт 8 в виде приварной пластинки, подвижный контакт 9 в виде дополнительной приварной пластинки и, для крепления биметаллического перещелкивающегося диска 7, дополнительную заклепку 10 и дополнительную приварную пластинку 11.
Основание 3 и крышка 4 корпуса изготовлены из электроизоляционного материала, а именно, из термопласта. Цельная крышка 4 корпуса имеет форму банки или колпачка и, таким образом, окружает объем, определяющий внутреннюю часть 12 предохранительного выключателя 1, с пятью закрытыми стенками. Крышка 4 корпуса своей открытой стороной может защелкиваться на основание 3 корпуса. На фиг.2 показан предохранительный выключатель 1 с закрытым корпусом 2, то есть, с крышкой 4 корпуса, надетой на основание 3 корпуса.
Контактные шинки 5 и 6 представляют собой согнутые штампованные детали, изготовленные из листового металла, в частности, из луженой латуни, с плоским прямоугольным поперечным сечением. Неподвижная контактная шинка 5 и биметаллическая контактная шинка 6 заделаны с блокирующей посадкой в основании 3 корпуса, поскольку при изготовлении предохранительного выключателя 1 контактные шинки 5 и 6 отлиты вставленными с материалом основания 3 корпуса. В этом случае контактные шинки 5 и 6 каждая выступают из основания 3 корпуса посредством втычного контакта 14 в нижней стороне 13 основания 3 корпуса. Корпус 2 и, в частности, крышка 4 корпуса имеют форму, например, кубоида с узкой стороной 15 (корпуса) и широкой стороной 16 (корпуса). Контактные шинки 5 и 6 заделаны в основании 3 корпуса таким образом, что втычные контакты 14 расположены параллельно друг другу, приблизительно посредине узкой стороны 15 корпуса и на расстоянии друг от друга.
В части своих наружных геометрических размеров предохранительный выключатель 1 основан на типе F по стандарту ISO 8820 (миниатюрный). Таким образом, миниатюрный предохранительный выключатель 1 наружно соответствует пластинчатому плавкому предохранителю типа F по этому стандарту, и, следовательно, предохранительный выключатель 1 совместим с гнездом для этого пластинчатого плавкого предохранителя, то есть, может вставляться в это гнездо, обычное в автомобильной промышленности.
Что касается широкой стороны 16 корпуса, втычные контакты 14 контактных шинок 5 и 6 расположены с краю, причем они направляются в каждом случае вовнутрь во внутреннюю часть 12 корпуса к центру корпуса, при этом внутренний конец 17 неподвижной контактной шинки 5 расположен над внутренним концом 18 биметаллической контактной шинки 6. В этом случае «над» означает сторону предохранительного выключателя 1, дальнюю от основания 3 корпуса и втычных контактов 14, независимо от фактической ориентации предохранительного выключателя 1 в пространстве. Как можно видеть, в частности, на фиг.3 и 4, внутренние концы 17 и 18 контактных шинок 5 и 6 отцентрированы относительно центральной продольной оси 19 (фиг.3) корпуса 2, если смотреть с широкой стороны 16 корпуса.
Как лучше всего видно на фиг.3, 6 и 7, внутренние концы 17 и 18 контактных шинок 5 и 6 отогнуты от центральной плоскости предохранительного выключателя 1, определяемой втычными контактами 14, в смещенных частях штампованных изогнутых деталей, если смотреть с узкой стороны 15 корпуса, и проходят слегка смещенными параллельно центральной плоскости или центральной продольной оси 19. В этом случае внутренний конец 17 неподвижной контактной шинки 5 находится сзади относительно центральной плоскости (центральной продольной оси 19), а внутренний конец 18 биметаллической контактной шинки 6 находится спереди центральной плоскости (центральной продольной оси 19). Продольное прохождение контактных шинок 5 и 6 и, в частности, втычных контактов 14 этих контактных шинок 5 и 6, определяет продольное направление 20, а поперечное направление 21 проходит перпендикулярно ему в центральной плоскости.
Основание 3 корпуса имеет основание 22, проходящее в поперечном направлении 21, и две взаимно разнесенные стойки 23, 24, проходящие в продольном направлении 20, а также еще один поперечный элемент 25 основания, проходящий в поперечном направлении 21 и соединяющий указанные стойки основания на их верхних концах. Стойки 23, 24 основания, в которые заделаны неподвижная контактная шинка 5 и биметаллическая контактная шинка 6, и основание 22, а также поперечный элемент 25 основания, далее по тексту именуемый также поперечиной основания, образуют между собой подобную окошку полость 26 основания. Заклепка 10, к которой посредством приварной пластинки 11 приварен биметаллический перещелкивающийся диск 7, прикреплена в этой зоне к внутреннему концу 18 контактной шинки 6 на расстоянии от основания 3 корпуса. Неподвижный контакт 8 приварен к неподвижной контактной шинке 5 выше этой точки крепления 10, 11, образованной заклепкой и приварной пластинкой в продольном направлении 20, и, следовательно, на одной оси с указанной точкой крепления в продольном направлении 20.
Контур 27 основания, далее по тексту именуемом «приемным карманом», формован в поперечину 25 основания, в собранном состоянии расположен между точкой крепления 10, 11 и неподвижным контактом 8 в продольном направлении 20, и через него в продольном направлении 20 проходит неподвижная контактная шинка 5 (фиг.3). Таким образом, образованы две полукруглые оболочки 27a и 27b основания, причем расстояние между ними или ширина в свету между ними определяется шириной неподвижной контактной шинки 5.
Данные!
В собранном состоянии пружина сжатия 28 в виде конической пружины, далее по тексту именуемая конической винтовой пружиной, лежит в приемном кармане 27 посредством своего конца 28a со стороны основания. Свободная зона поперечного сечения приемного кармана 27, в боковом направлении определяемая оболочками 27a и 27b основания в поперечном направлении 21, подогнана к относительно большому диаметру конца 28а со стороны основания конической винтовой пружины 28. Таким образом, коническая винтовая пружина 28 расположена горизонтально в основании 3 корпуса и достаточно удерживается, по меньшей мере, упрощенным и надежным путем. Конец 28b со стороны вершины конической винтовой пружины 28, противоположный концу 28а пружины со стороны основания, в частично собранном состоянии, показанном на фиг.3, выступает во внутреннюю часть 12 предохранительного выключателя 1. На фиг.3 показано отпущенное состояние конической винтовой пружины 28.
На фиг.4, иллюстрирующей следующую стадию подсборки, показано использование PTC-резистора 29 (далее по тексту именуемого просто «резистором») в предохранительном выключателе 1 в основании 3 корпуса. Резистор 29 выполнен как круглая пластинка (пластинка резистора или диск резистора). Диаметр резистора 29 в виде пластинки или диска опять-таки соответственно подогнан к внутреннему диаметру (ширине в свету) приемного кармана и, таким образом, удерживается в основании 3 корпуса в точном положении, опять-таки посредством оболочек 27a, 27b основания, как результат бокового ограничения, когда коническая винтовая пружина 28 полностью сжата. Как показано на фиг.3 и 4, коническая винтовая пружина 28 и резистор 29 расположены на контактной шинке 6, выровненной в продольном направлении 20 и предпочтительно центрированной с центральной осью 19 между неподвижным контактом 8 и заклепкой 10, используемой в собранном состоянии как точка крепления.
На фиг.5-7 показано собранное состоянии с биметаллическим диском 7, расположенным между заклепкой 10 и приварной пластинкой 11. В собранном состоянии овальный биметаллический диск 7 центрирован в части своего продольного прохождения с центральной осью 19 (фиг.5) и, таким образом, выставлен в продольном направлении 20 предохранительного выключателя 1 и его контактных шинок 5 и 6. Конец биметаллического перещелкивающегося диска 7, который удерживается на контактной шинке 6 посредством заклепки 10 и приварной пластинки 11, образует его точку крепления 10, 11 на соответствующей контактной шинке 6, а противоположный свободный конец биметаллического перещелкивающегося диска 7 несет подвижный контакт 9 (фиг.6 и 7). Как показано на фиг.6 и 7, коническая винтовая пружина 28 и PTC-резистор 29 расположены между точкой крепления 10, 11 биметаллического перещелкивающегося диска 7 и контактами 8, 9. Как видно, PTC-резистор 29 непосредственно касается биметаллического перещелкивающегося диска 7 всей своей плоскостью. Конец 28а со стороны основания конической винтовой пружины 28 касается контактной шинки 5 неподвижного контакта 8 и при этом лежит в приемном кармане 27 основания 3 корпуса. Своим противоположным концом 28b со стороны вершины коническая винтовая пружина касается PTC-резистора 29 как можно ближе к центру, где она образует центральную точку наклона 30.
В своем нормальном положении, показанном на фиг.6, с биметаллическим перещелкивающимся диском 7, проходящим с наклоном в продольном направлении 20, подвижный контакт 9 контактирует с неподвижным контактом 8 с наклоном и со смещением. Таким образом, создается электропроводное соединение между втычными контактами 14 через контактные шинки 5 и 6, неподвижный контакт 8, подвижный контакт 9 и заклепку 10. Таким образом, в нормальном состоянии предохранительный выключатель 1 является электропроводным. Биметаллический перещелкивающийся диск 7 выполнен таким образом, что резко меняет свою форму, когда его температура превышает температуру срабатывания, например, 1700°C, предопределенную расчетом. Вследствие этого изменения формы подвижный контакт 9 отходит от неподвижного контакта 8, и при этом электрическое соединение, существующее между неподвижной контактной шинкой 5 и биметаллической контактной шинкой 6, разрывается. На фиг.7 показан предохранительный выключатель 1 в состоянии после срабатывания. Изменение формы биметаллического перещелкивающегося диска 7 является обратимым в зависимости от его температуры: когда его температура падает ниже температуры возврата, предопределенной расчетом, он пружинит назад в нормальное положение (фиг.6).
В случае срабатывания, когда электрическое соединение между неподвижной контактной шинкой 5 и биметаллической контактной шинкой 6 прерывается из-за отклонения биметаллического перещелкивающегося диска 7, высокоомное электрическое соединение между контактными шинками 5 и 6 поддерживается через PTC-резистор 29 и коническую винтовую пружину 28. При условии, что состояние перегрузки после срабатывания предохранительного выключателя 1 и, таким образом, протекание тока между контактными шинками 5 и 6 сохраняется, биметаллический перещелкивающийся диск 7 нагревается за счет тепловых потерь, возникающих в PTC-резисторе 30, непосредственно контактирующем с биметаллическим перещелкивающимся диском 7, и при этом предотвращается охлаждение биметаллического перещелкивающегося диска 7 ниже температуры возврата. Таким образом, после срабатывания в первый раз предохранительный выключатель 1 остается в состоянии срабатывания до тех пор, пока продолжает существовать состояние перегрузки.
В качестве PTC-резистора 29 используется нелинейный термистор на основе керамики. Он нагревает вследствие протекания тока и ограничивает ток приблизительно до 100 мА. Это просто соответствует приблизительно трети-четверти силы тока, требуемой в известных решениях. Кроме того, из-за нелинейности резистора 29 получается относительно слабая корреляция между прикладываемым напряжением и выходной мощностью. В случае основного применения в бортовой системе электроснабжения автомобиля подаваемая температура и, следовательно, мощность остаются относительно постоянными во всем обычном диапазоне напряжения приблизительно от 11 В до 14,5 В. Это создает особую предпочтительность, сопровождаемую преимуществом уменьшенной выходной мощности. Это в свою очередь позволяет использовать крышку корпуса (колпачок корпуса) 4, состоящий из пластмассы, являющийся, следовательно, электроизолирующим и защелкивающийся на основание 3 корпуса на последующей стадии сборки. В отличие от этой электроизолирующей крышки 4 корпуса или колпачка корпуса, в известных решениях по конструктивным и, в частности, температурным соображениям всегда необходимы металлические колпачки или подобные детали, которые могут потребовать изоляции путем нанесения дополнительного покрытия.
В целом, с учетом вышеизложенного, предпочтительно выбран PTC-резистор 29, имеющий температуру поверхности 275°C, отступающую от стандарта и оказывающуюся верхним пределом для РТС-резистора этого типа. Поверхностная температура РТС-резисторов этого типа, используемого для нагрева, обычно не превышает 250°C. Поскольку PTC-резистор 29 контактирует с биметаллическим перещелкивающимся диском 7 непосредственно и всей плоскостью и с этой целью прижимается к биметаллическому перещелкивающемуся диску 7 с конкретным смещением для обеспечения эффективной теплопередачи, обеспечиваются особенно эффективная теплопередача, а также достаточное протекание тока через PTC-резистор 29.
Для того чтобы приспособиться к перемещению биметаллического перещелкивающегося диска 7 в процессе размыкания в случае срабатывания, PTC-резистор 29 остается подвижным, поскольку коническая винтовая пружина 28 контактирует с резистором 29 не на большой площади, а лишь в зоне точки наклона 30 и, следовательно, в центральной зоне на небольшой площади контакта, созданной ею. Контактное усилие конической винтовой пружины 28 подобрано таким, что, предпочтительно, PTC-резистор 29 в форме диска эффективно контактирует с биметаллическим перещелкивающимся диском 7 и, кроме того, не оказывает негативного влияния на его перещелкивание.
Пружина сжатия 28 выполнена таким образом, что может сжиматься полностью, насколько возможно. При этом учитывается, что в предохранительном выключателе 1, конкретнее, между неподвижной контактной шинкой 5 и биметаллическим перещелкивающимся диском 7, не только очень мало места для размещения пружины сжатия 28, но что и указанное место уже дополнительно частично требуется PTC-резистором 29. Таким образом, особенно предпочтительной является пружина сжатия 28 в виде конической винтовой пружины и, в свою очередь, использование конической пружины (конической винтовой пружины). Коническая винтовая пружина изготавливается путем постоянного изменения диаметра витков при навивке проволоки пружины.
b
b
s
Эта предпочтительная коническая винтовая пружина 28 показана на фиг.8. Витки конической винтовой пружины 28 изменяются в этом случае от витка к витку в продольном или аксиальном направлении пружины так, что при сжатии конической винтовой пружины 28 витки могут входить один в другой. С этой целью свободный конец 28с пружины соответственно загнут вовнутрь на конце 28а пружины со стороны основания так, что высота пружины (длина блока) конической винтовой пружины 28 соответствует практически просто двойной толщине проволоки пружины, когда указанная коническая винтовая пружина полностью сжата. Наибольший диаметр D конической винтовой пружины 28 на ее конце 28а со стороны основания приблизительно равен 4 мм и соответствует, по меньшей мере, приблизительно, диаметру РТС-резистора 29 (4,2±0,1) мм. Коническая винтовая пружина 28 контактирует с неподвижной контактной шинкой 8 этим большим диаметром витка D, а наименьший диаметр витка D контактирует с PTC-резистором 29 на конце 28b со стороны вершины конической винтовой пружины 28. PTC-резистор остается подвижным вследствие просто центрального контакта с образованием точки наклона 30, и при этом резистор 29 может предпочтительно приспосабливаться к перемещению биметаллического перещелкивающегося диска 7.
b
s
b
Кроме того, чтобы последовательно располагать коническую винтовую пружину 28 в линию, чтобы подачу можно было автоматизировать, свободный конец 28c пружины на конце пружины со стороны основания загнут вовнутрь, предпочтительно в плоскости последнего витка с наибольшим диаметром D. При этом в случае автоматической подачи предотвращается зацепление конических винтовых пружин 28 своим малым диаметром D в большом диаметре витка D другой конической винтовой пружины 28. Кроме того, если коническая винтовая пружина 28 сжата полностью, поверх один другого лежат лишь два витка, что является предпочтительным по пространственным соображениям.
Толщина диска РТС-резистора 29 выбрана такой, что он контактирует с биметаллическим перещелкивающимся диском 7 как в случае, когда предохранительный выключатель 1 находится во включенном положении (фиг.6), так и в случае, когда указанный биметаллический перещелкивающийся диск находится в положении срабатывания или отключенном положении (фиг.7), без выскальзывания из боковых элементов приемного кармана 27: учтено, как результат этого конструктивного признака выполнения поддерживающих с боков оболочек 27a, 27b основания, что при разных силах тока как следствие разной формы биметаллических перещелкивающихся дисков 7 следует ожидать разных допусков. Кроме того, этот конструктивный вариант осуществления конической винтовой пружины 28 обеспечивает, что она не становится жесткой, даже будучи полностью сжатой (фиг.6), и, таким образом, PTC-резистор 29 остается подвижным и не препятствует перещелкиванию биметаллического перещелкивающегося диска 7. В этом отношении толщина диска РТС-резистора 29 (1,05±0,06) мм оказалась оптимальной. В этом случае диаметр диска РТС-резистора 29 предпочтительно равен (4,2±0,1) мм.
Когда контакты 8, 9 замкнуты (фиг.6), ток протекает от втычного контакта 14 неподвижной контактной шинки 5 и неподвижного контакта 8 в биметаллический контакт 9 и через биметаллический перещелкивающийся диск 7 и точку крепления 10, 11 в биметаллическую контактную шинку 6, а оттуда через соответствующий втычной контакт 14. Если в случае сверхтока биметаллический перещелкивающийся диск 7 разрывает цепь с резким перемещением, то рабочее напряжение прикладывается к PTC-резистору 29, и ток протекает неподвижной контактной шинки 5 по конической винтовой пружине 28 в PTC-резистор 29, а оттуда через биметаллический перещелкивающийся диск 7 и точку крепления (приварная заклепка) 10, 11 в биметаллическую контактную шинку 6. Благодаря такому осуществлению и расположению резистора 29 и пружины сжатия 28, а также, в частности, непосредственному контакту между резистором 29 и биметаллическим перещелкивающимся диском 7, обеспечивается достаточно большой подвод тепла к биметаллическому перещелкивающемуся диску 7 как результат протекания тока, и поэтому указанный биметаллический перещелкивающийся диск остается при температуре выше температуры отскока назад. Это состояние поддерживается, пока напряжение не падает ниже конкретного значения (нормальный случай) или не падает полностью до нуля. Ток (приблизительно 100 мА), определенный, когда температура отскока назад поддерживается сопротивлением РТС-резистора 29, является относительно малым.
Таким образом, изобретение относится к миниатюрному предохранительному выключателю 1, предпочтительно для использования в электронике автомобилей, содержащему основание 3 корпуса, из которого выходят неподвижная контактная шинка 5 и биметаллическая контактная шинка 6, имеющая подвижный контакт 9 и биметаллический перещелкивающийся диск 7, прикрепленные к ней, в котором PTC-резистор 29 приводится в непосредственный контакт с биметаллическим перещелкивающимся диском 7 посредством пружины сжатия 28 и электрически подключен таким образом, что за счет тепла, создаваемого PTC-резистором, биметаллический перещелкивающийся диск 7 в случае срабатывания остается в своем разомкнутом положении.
Перечень позиций
1 предохранительный выключатель
2 корпус
3 основание корпуса
4 крышка/колпачок корпуса
5 неподвижная контактная шинка
6 биметаллическая контактная шинка
7 биметаллический перещелкивающийся диск
8 неподвижный контакт
9 подвижный контакт
10 заклепка
11 приварная пластинка
12 внутренняя часть
13 нижняя сторона
14 втычной контакт
15 узкая сторона корпуса
16 широкая сторона корпуса
17 внутренний конец неподвижной контактной шинки
18 внутренний конец биметаллической контактной шинки
19 центральная продольная ось
20 продольное направление
21 поперечное направление
22 основание
23, 24 стойка основания
25 поперечный элемент основания
26 полость основания
27 приемный карман
27a, b оболочка основания
28 коническая пружина
28a конец/виток пружины со стороны основания
28b конец/виток пружины со стороны вершины
28c свободный конец пружины
29 PTC-резистор
30 точка наклона
b
D диаметр пружины/витка со стороны основания
s
D диаметр пружины/витка со стороны вершины.