技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于具有自行回复性质的电容器的保护元件，该保护元件具有
薄膜，并用于通过在电容器内发生自行回复操作而产生的气体施加在该薄膜上的压
力来启动
电流中断元件，该电流中断元件与电容器的
电极串联，该电流中断元件用于当所述压力施加在所述薄膜上时中断流向该电极的电流，该电流中断元件与
温度敏感构件操作地接合，该温度敏感构件设置成当感应温度升高至高于预定的值时起作用。
背景技术
[0002] 这样的保护元件在DE-B-1044947中公开。公知的保护元件保护电容器免受过压，并且还作为热防护器。在公知的保护元件中，电流中断元件包括在
弹簧和薄膜之间延伸的电线。当压力升高时，存在于保护元件壳体中的气体将在薄膜上施加压力，由此导致薄膜鼓起。因为电线
焊接至该薄膜，因此电线将随薄膜的移动而移动。在过压的情况下，通过鼓起的薄膜而施加在电线上的力足够大而将电线断开，由此中断流经电线的电流。热防护器通过使用
焊料连接薄膜和电线而获得，其中如果温度升高至高于预定的值时，焊料开始
熔化。焊料的熔化将使电线与薄膜断开，因此还将中断流经电线的电流。
[0003] 这样的保护元件还在EPS0931324中公开。在该
专利中描述的保护元件保护自行回复式电容器免受在自行回复操作的过程中可能出现的过大电流。当在电容器中出现自行回复操作时，流经电容器中故障点(failed spot)的电流可能变大，可能导致电极材料的
蒸发以及气态
等离子体的形成。由此产生的气体接着形成导致薄膜鼓起的过压。由此施加在薄膜上的过压将启动电流中断元件，该电流中断元件将中断流向电极的电流，因此避免向电容器继续供应电流及由此避免电极材料的继续蒸发。
[0004] DE-B-1044947所公开的保护元件的问题在于该保护元件不能始终可靠地运转。当力施加在连接至弹簧的电线上时，在电线能够断开之前需要较大的力来克服电线和弹簧的弹性。当电线焊接至薄膜时，必须注意使电线充分焊接至薄膜。实际上，如果电线没有充分焊接至薄膜，通过薄膜施加在电线上的力将导致焊接过早地断裂。而且当需要使焊接熔化，以使保护元件作为热防护器进行操作时，必须注意使电线在焊接熔化时与薄膜确实断开，并且电线没有粘附在熔化的焊料上。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于获得一种用于具有自行回复性质的电容器的保护元件，该保护元件可靠地保护电容器免受过高温度和过压。
[0006] 为此，根据本发明的保护元件的特征在于，设置所述薄膜将压力施加在所述电流中断元件上以启动所述电流中断元件，所述温度敏感构件当用于感应到温度升高至高于所述预定的值时在所述电流中断元件上施加压力，通过这种方式操作所述电流中断元件。无论根据本发明的电流中断元件是用作防止过压的防护器还是热防护器，其总是通过施加压力来作用。这样两种构造的电流中断元件受到相同的运动，从而提供可靠的保护元件。
[0007] 根据本发明的保护元件的第一
实施例的特征在于，所述温度敏感构件包括由形状记忆
合金制成的弹簧，所述弹簧在预定的温度值校准。使用由形状
记忆合金制成的弹簧能够实现精确的温度校准，并且由此实现对保护元件可靠的操作。应当注意，使用形状记忆合金用于弹簧作为
电子组件的一部分在JP-A-08088142中公开。然而，在该专利
申请中，电流必须流经弹簧以操作弹簧。在本实施例中没有流经弹簧的电流。
[0008] 根据本发明的保护元件的第二实施例的特征在于，所述薄膜和所述温度敏感构件均由形状记忆合金制成并形成单一的组件。因此，所述薄膜具有双重功能，从而减少了组件。
[0009] 根据本发明的保护元件的第三实施例的特征在于，所述温度敏感构件包括在所述预定温度值校准的
石蜡致动器。当到达所述预定的温度时，熔融石蜡占据的体积大于固体石蜡，由此操作所述电流中断元件。
[0010] 根据本发明的保护元件的第四实施例的特征在于，所述温度敏感构件包括弹簧，所述弹簧嵌入与所述预定温度值对应熔点的材料。当所述材料熔化时，所述嵌入弹簧将释放并启动所述电流中断元件。
[0011] 根据本发明的保护元件的第五实施例的特征在于，所述电流中断元件包括电导体，该电导体面对用于切割所述导体的切割构件。使用切割构件能够可靠且简单地获得电流中断元件。
附图说明
[0012] 现将参考附图详细描述本发明，所述附图示出了用于自行回复式电容器的保护元件的优选实施例。在附图中：
[0013] 图1示出了根据本发明的保护元件的分解视图；
[0014] 图2示出了由形状记忆合金弹簧施加的力(F)和温度(T)之间关系的实例。
[0015] 图3由曲线1示出了由形状记忆合金弹簧施加的力(F)和弹簧的伸展之间关系的实例以及由曲线2示出了当力施加在
铜导体上时铜导体的反应特性的实例。
[0016] 图4示出了被弹簧卷绕的切割构件的实例。
[0017] 图5和图6分别示出了在启动前后的石蜡致动器的实例。
[0018] 图7和图8示出了石蜡致动器的相对温度的烷
烃膨胀率。
[0019] 在附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。
具体实施方式
[0020] 根据本发明的保护元件如图1所示，该保护元件包括壳体，该壳体具有上盖1，该上盖1上设有开口7。在上盖1的周缘的相对侧设有翼片2和3，其沿向下方向延伸并且超出周缘。
[0021] 由柔性材料制成的薄膜4以安装在上盖1的容纳空间内部的方式确定尺寸。为此薄膜的直径基本上对应于上盖的内径。而且，两直径之间的相互对应可以避免气体进入保护元件的壳体内部从而干扰其操作。优选地，薄膜具有由边缘5包围的内部6，该边缘5比内部6薄。保护元件在安装好的状态下，薄膜面对开口7，从而使压力可以通过到达所述开口7的气体施加在所述薄膜上。
[0022] 保护元件还包括可移动安装元件8，其为电流中断元件的一部分。优选地，元件8基本上为柱形并且设有刀片形状的端部10，例如由具有同一边缘的两个倾斜端面形成。引导凹槽11优选地设在元件8的外侧面上。根据优选实施例，元件8包括空腔9，从该元件的上表面向内部延伸。该空腔9用于在其中容纳诸如可为弹簧、双金属致动器或石蜡致动器等的温度敏感构件19。可选择地，如图4所示，当该温度敏感构件由弹簧形成时，其卷绕着元件8。在这种情况下，元件8无需设置引导凹槽11和空腔9。
[0023] 保护元件还包括电
接触载体部分12，并且在其外周设有引导突起14和15。引导突起与上盖的翼片2和3以翼片可以接合入引导突起的方式配合，从而将上盖固定在接触载体部分上。优选地，引导突起在电导体13的侧面上延伸。该电导体13包括两侧翼13-1和13-2，其在接触载体部分的相对侧上延伸。电导体13还包括在两侧翼之间延伸的中部。中部由在U-型部分13-5的两侧上延伸的两
水平翼13-3和13-4形成。中部和侧翼一起形成连续的电导体，该电导体优选地由铜制成，从而使施加在其中一个侧翼上的电流经由中部流向另一个侧翼。
[0024] 电导体的U-型部分13-5沿开口16延伸，开口16沿竖直方向与电接触载体部分12交叉。在开口16中还设有引导突起17，其与元件8的引导凹槽11配合，以便引导元件
8移入开口16并且避免元件8转动进入开口16。由于电导体13的U-型部分13-5的底部与开口16交叉，U-型部分13-5的底部也即形成开口16的底部。而且，在安装的构造中，元件8容纳在开口16中，元件8的刀片形状的端部10面向导体的U-型部分13-5的底部。
这样，当将压力施加于元件8时，刀片形状的端部10能够切割导体13，因此刀片形状的端部
10可以作为电流中断元件。
[0025] 当然，除了刀片形状的端部10的其它的实施例中可以用作切割构件。所以，元件8还可以例如由玻璃制成，并设有锋利的端部10。除了使用切割构件并切割导体13，还可以使用
开关代替U-型部分的并且使开关由元件8操作。
[0026] 电接触载体部分12由罩盖18封闭，罩盖18具有安装在该接触载体部分中的突起20和21。通过这种方式，罩盖
覆盖在接触载体部分12中延伸的导体部分13。
[0027] 温度敏感构件19可以通过若干个实施例实现。但重要的是电流中断元件8可操作地接合温度敏感构件19。通过这种方式，元件8可以通过薄膜4和温度敏感构件操作。实际上，如果在经自行回复操作后例如在电容器内形成的空气在薄膜上施加压力，该压力将施加在可移动元件8上。由薄膜4施加在元件8上的压力使该元件向导体13移动，由此中断流经导体的电流。如果电容器内的温度升高，温度敏感构件19在压力施加在元件8时起作用，这将导致和通过薄膜4施加压力产生同样的效果。
[0028] 根据优选实施例，该温度敏感构件19包括由形状记忆合金制成的弹簧。可选择的，薄膜4和温度敏感构件19可以形成由形状记忆合金制成的单一的元件。使用形状记忆合金具有以下性质：当加热至给定或预定的温度时具有确定的形状并且施加确定的力。图2示出了由形状记忆合金弹簧施加的力(F)和温度(T)之间关系的实例。如图2所示，温度在80℃以下时，弹簧几乎不施加力。温度在80℃和110℃之间的范围(称为临界范围)内，作用力迅速增大，其后当温度高于110℃时保持稳定。当然作用力的值(
牛顿)还由弹簧的诸如绕组厚度、绕数等机械参数决定。图3示出了由形状记忆合金弹簧施加的力(F)和弹簧的伸展之间关系的实例(曲线1)。如图3所示，当作用力的值达到40牛顿时，弹簧的伸展将导致所施加的力减小。因此当达到构件19起作用的温度时，选择能够在该预定的温度下起作用的合适的构件。
[0029] 如果温度敏感构件19由这种置于空腔9中的卷绕元件8的形状记忆合金弹簧形成，如图2所示，如果温度保持在预定的温度以下(参见图2)，弹簧将不施加力。所以，如果
环境温度保持在正常的操作条件下并且如果电容器内没有产生热和几乎不产生热，弹簧将保持钝态(passive)并且在元件8上不施加力。当电容器中或电容器周围的温度升高并到达临界范围时，弹簧将离开其钝态并且开始在元件8上施加力。选择弹簧或薄膜(如果薄膜结合了两者的功能)，以使当达到预定的温度时，薄膜在其操作温度的范围内并且能够施加全部的力。施加在元件8上的压力接着启动元件8并由此中断流经导体13的电流。因此，为了切割导体13，必须选择能够在元件8上施加足够力的元件19。如图3所示，由于所施加的力因弹簧长度的增加而减小，必须注意为了切割导体，弹簧即使在延伸之后也能够施加足够的力。
[0030] 在图3中，曲线2示出了当力施加在铜导体上时，该铜导体的反应特性的实例。如图所示，铜导体需要在断裂之前位移略大于2mm。随后，在电流中断发生之前，弹簧或薄膜必须使导体的位移经过略大于2mm的距离。由于弹簧或薄膜的力减小(曲线1)，必须注意即使在导体已经延伸过了上述距离之后仍然能够施加足够的力以使导体物理断裂。
[0031] 如果薄膜4由这种锋利的记忆合金制成，温度的升高将使薄膜鼓起并由此在元件8上施加必须的压力。使用锋利的记忆合金使得能够选择当达到预定的温度时将所须的压力施加在元件8上以启动电流中断元件的薄膜。
[0032] 根据另一可选方式，温度敏感构件包括石蜡致动器，该石蜡致动器在预定的温度校准。图5示出了在环境温度下的这种石蜡致动器，而图6示出了在所述预定的温度下同一石蜡致动器。该石蜡致动器包括填充诸如烷烃(CH3-(CH2)n-CH3，n＝18，……50)等的石蜡26的
外壳25。致动器杆27插入该石蜡。致动器以使得杆27进入空腔9的方式安装在元件8上。当温度升高时，石蜡开始熔化，因此其体积增大。其体积的增大将推动杆移出外壳25。接着，在空腔9中的杆将在元件上施加压力。确定杆的冲程的大小，以使得当达到预定的温度时，杆在元件8上施加必须的压力以启动电流中断构件。
[0033] 石蜡适合的熔化温度为在30℃和140℃之间。熔化曲线或者示出为如图7所示的陡的斜面，或者示出为如图8所示的平坦的斜面。图7和图8示出了烷烃温度相对于其体积膨胀率。
[0034] 可选择的，元件8可以由填充石蜡并由
活塞封闭的圆筒腔室形成。当温度达到其预定的值时，石蜡将膨胀并且将活塞向刀片推动。
[0035] 另一实施例可以由嵌入诸如塑料等材料的弹簧形成，该材料的熔点低于制成元件8的材料的熔点。当材料由于温度升高而熔化时，弹簧将释放并作用在元件8上。
[0036] 还可以使温度敏感构件和薄膜一起形成填充有温度敏感
流体的可膨胀的薄膜。当温度升高时，流体将膨胀并且使薄膜膨胀，因此在元件8上施加压力。
[0037] 作为另一种选择，温度敏感构件可以包括双金属或两个通过一材料形成的焊料相互连接的接触元件，其中该材料在预定的温度值熔化。还可以设想使用烟火气体作为温度敏感构件。
