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Temperaturregler.
Die Erfindung bezieht sich auf Temperaturregler, mittels welcher ein elektrischer Stromkreis in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen geöffnet oder geschlossen wird. In den meisten Fällen ist der zu schaltende elektrische Stromkreis ein Heizkreis oder ein Steuerkreis für einen Heizstromkreis, wobei der Temperaturregler die Wärmeerzeugung derart regelt, dass eine vorbestimmte Temperatur aufrechterhalten wird.
Gemäss der Erfindung ist ein aus zwei aufeinander liegenden und miteinander fest verbundenen
Metallstreifen gebildeter Stabthermostat (Bimetallstab) vorgesehen, dessen eines Ende fest eingespannt ist und dessen anderes Ende sich unter dem Einfluss der Temperaturschwankungen seitlich ausbiegt, wobei dieses bewegliche Ende ein schwenkbares Organ betätigt, das die Schaltorgane oder andere Steuer- organe trägt. Um eine plötzliche Stromunterbrechung bzw. Stromschluss zu erzielen, wird der Thermostat von einem elastischen Organ beeinflusst, das den Thermostaten rasch aus einer Endstellung in die andere bewegt.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ansieht, teilweise im Schnitt, eines elektrischen mit dem Temperaturregler gemäss der Erfindung versehenen Seihers. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Temperaturregler in ver- grössertem Massstab. Die Fig. 3 und 4 sind Schnitte längs der Linie 3-3 der Fig. 2 und zeigen den
Temperaturregler in der Schliess- und in der Offenstellung. Fig 5 zeigt ein Detail. Fig. 6 veranschaulicht die Wirkungsweise der Vorrichtung schematisch, während die Fig. 7 bis 12Ausführungsformen verschiedener
Art des Erfindungsgegenstandes zeigen. Fig. 10 ist ein Schnitt längs der Linie j ! J'-. H der Fig. 11 und
Fig. 11 ist ein Schnitt längs der Linie 12-12 der Fig. 10.
Bei der in den Fig. 1-5 dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist dieselbe an einem elektrischen Kaffeeseiher angeordnet, sie kann jedoch in jeder beliebigen elektrischen Heiz- vorrichtung eingebaut werden. Im unteren Teil eines Behälters 10 ist eine elektrische Heizeinheit 11 zentral angeordnet. Die Heizeinheit wird von einer Kappe 12 einer Seiherpumpe beliebiger Konstruktion umschlossen, von der ein Rohr 13 nach aufwärts führt, das an seinem oberen Ende einen Kaffeebehälter 14 trägt, der mit einem mit Durchbrechungen versehenen Boden und einem in gleicher Weise ausgebildeten
Deckel 14a versehen ist. Die Wirkungsweise einer solchen Seiherpumpe ist allbekannt.
Es genügt, festzustellen, dass das Wasser aus dem Behälter 10 durch eine Öffnung 15 von geringem Querschnitt am Boden in die Kappe 12 eintritt, nach dem Erhitzen durch den Dampfdruck durch das Rohr 13 nach oben getrieben wird, worauf es am oberen Ende dieses Rohres austritt und in den Kaffeebehälter 14 fällt. Von hier sickert das Wasser durch den im Behälter 14 enthaltenen Kaffee nach abwärts und gelangt wieder in den Behälter 10.
Die HeIzeinheit 11 und der Temperaturregler sind zweckmässig zu einer Einheit zusammengefasst und ihre Bestandteile an einem vorzugsweise aus Gusseisen bestehenden Träger 16 befestigt. Der Träger 16 weist einen mit Gewinde versehenen zylindrischen Ansatz 17 mit einem Flansch 18 auf. Der mit Gewinde versehene Ansatz 17 wird von unten in eine hiefür vorgesehene Öffnung des Bodens des Behälters 10 einge- führt, so dass der Flansch 18 gegen die Aussenfläche des Bodens anliegt. In dieser Lage wird der Träger mittels einer Mutter 19 festgestellt, die auf dem zylindrischen Teil 17 nach abwärts geschraubt wird, bis sie sich gegen die Innenwand des Behälters fest anlegt. Zur Erzielung eines wasserdichten Abschlusses
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können geeignete Dichtungsstreifen vorgesehen sein.
Die Fig. 3 und 4 zeigen den Temperaturregler gegenüber der in Fig. 1 : dargestellten Lage um 1800 verdrent.
Der Temperaturregler ist am äusseren Teil des Trägers 16, d. i. am Fansch 18 befestigt. Der Regler besteht aus einem geeigneten Thermostaten, beispielsweise einem Bimetallstab 20, der aus zwei mit- einander durch Schweissung oder Hartlöten verbundenen Metallstreifen mit verschiedenen Temperatur- koeffizienten, beispielsweise aus einem Bronze-und einem Stahlstreifen, besteht. Der Stab 20 ist an einem Ende am Träger 16 mittels einer Klemmschraube 21 befestigt. Dieses feste Ende des Stabthermo- staten ist im wesentlichen im rechten Winkel nach abwärts gebogen, so dass es durch die Klemmschraube 21 gegen die Kante des Flansches gedrückt wird.
Nahe diesem festeingespannten Ende des Stabthermostaten ist eine Einstellschraube 22 angeordnet, die im rechten Winkel zur Schraube 21 liegt und ebenfalls durch eine entsprechende Öffnung im Stabthermostaten hindurchtritt. Um die inneren Spannungen so gleich- förmig als möglich im Metall des Thermostaten zu verteilen, und auf diese Weise die Maximalspannungen herabzusetzen, ist das f-esteingespannte Ende des Stabthermostaten beträchtlich breiter ausgeführt als das freie oder bewegliche Ende. Infolge der Temperaturschwankungen bewegt sich das freie Ende des Thermostaten nach der Seite, es biegt sich aus.
Das bewegliche Ende des Stabthermostaten 20 ist mit einer Lagerschneide 23 versehen, die in eine an-einem Arm eines als verkehrtes U ausgebildeten elastischen Organes 24 vorgesehene Lagerpfanne eintritt. Der andere Arm der Feder 24 sitzt an einer festangeordneten Lagerschneide 25. Die Lager- pfannen für die Lagerschneide 23 und 25 sind durch Eindrücken von V-förmigen Vertiefungen in die Enden der beiden Schenkel der Feder 24 gebildet (s. Fig. 5). Um seitliche Verschiebungen des Teiles 24 zu verhindern, ist eine der beiden Lagerschneiden, bei. der dargestellten Ausführungsform die Lager- schneide 25, mit einer Nut 25a versehen, in welche eine Rippe 24a des zugehörigen Schenkels des Teiles 24 eingreift.
Diese Rippe wird dadurch hergestellt, dass man beim Eindrücken der Lagerpfannen in diesen
Schenkel der Feder 24 den Mittelteil einfach stehen lässt.
Die Lagerschneide 25 ist in bezug auf den Stabthermostaten 20 derart angeordnet, dass bei einer vorbestimmten Temperatur die Lagerschneide 23 am Stabthermostaten in der Verbindungslinie zwischen der Lagerschneide 25 und dem wirksamen Einspannpunkt des Stabthermostaten liegt. Im nachfolgenden soll diese Stellung des Thermostaten als die Neutralstellung bezeichnet werden. Der Kopf der Einstell- schraube 22. liegt an der Oberseite des Stabthermostaten an und hält denselben entgegen der ihm innewohnenden Elastizität nieder, so dass sich nur jener Teil des Stabthermostaten ausbiegt, der zwischen dieser Schraube 22 und dem beweglichen Ende liegt.
Es ist also der Kopf der Schraube 22 als Einspinn- punkt des Stabthermostaten anzusehen, so dass die Neutralstellung durch eine Linie gegeben erscheint, die von der Lagerschneide 25. ! gerader Richtung zum Berührungspunkt zwischen dem Stabthermostaten und dem Kopf der Schraube 22 verläuft.
Das als Feder wirkende elastische Organ 24 übt auf das bewegliche Ende des Stabthermostaten einen. elastischen Druck aus. Die Schenkel der Feder 24 suchen sich infolge ihrer Elastizität voneinander abzubewegen und werden zwischen den Lagerschneide 23 und 25 zusammengepresst. Infolgedessen übt die Feder 24 auf das bewegliche Ende des Thermostaten eine Kraft aus, die das bewegliche Ende des
Thermostaten in der einen oder der andern Stellung ausserhalb der neutralen Lage festzuhalten trachtet.
In der Neutralstellung ist die von der Feder 24 der Richtung auf den Einspannpunkt des Thermostaten ausgeübte Kraft ein Maximum, und in der Richtung der Achse des Stabthermostaten gerichtet ; die
Seitenkomponente ist Null.
Wenn sich jedoch der Thermostat aus der Neutralstellung in irgendeiner
Richtung abbewegt, tritt eine Seitenkomponente dieses Federdruckes in Wirkung und sucht den Thermo- staten aus seiner Neutralstellung noch weiter abzubewegen. Diese Seitenkomponente wird um so grösser, je mehr sich der Thermostat aus der Neutrallage entfernt.
AmUnterteil der Feder 24 ist ein Block26 aus Isoliermaterial, beispielsweise Fiber, befestigt, der einen biegsamen Schaltera, rm 27 trägt. Die Verbindung des Blockes 26 mit der Feder 24 und dem Schalterarm 27 erfolgt durch Nieten 28. Der Block 26 isoliert den Schalterarm 27 elektrisch von der Feder 24. An seinem freien Ende trägt der Schalterarm einen Brüekenkontakt 29, der mit festen Kontakten 30 und 30a zusammenwirkt. Die Kontakte 30 und 30 a sind an einem Tragkonsol isoliert befestigt, das am Flansch 18 mittels Schrauben 32 und 33 befestigt ist.
Der Kontakt 30a ist mittels eines Leiters 34an eine Klemme 35 des elektrischen Heizkörpers H abgeschlossen, wählend der Kontakt 30 über 36 mit einer Seite einer geeigneten Stromquelle verbunden ist, deren andere Seite (Klemme) mit der Klemme 37 des Heizkörpers durch einen Leiter 38 verbunden, ist.
Wenn also die Kontaktbrüeke 29 mit den Kontakten 30 und 30 a zum Stromschluss gelangt (s. Fig. 3), ist der elektrische Stromkreis für, die Heizvorrichtung 11 geschlossen. Um eine lockere Verbindung zwischen-der Kontaktbrücke 29 und dem Schalterarm 27 herzustellen, ist das Ende des Schalterarmes nach aufwärts gebogen und-die Kontaktbrücke an'diesem nach aufwärts gebogenen Ende durch ein loses Niet 39 befestigt. Die Kontaktbrücke kann sich somit selbst zwecks Sicherung eines guten Stromschlusses mit den festen Kontakten einstellen.
Anschläge 40 umgreifen das nach aufwärts gebogene Ende des Schalter- armes und- begrenzen die Beweglichkeit des sie tragenden Brückenkontaktes auf einen verhältnismäss. g kleinen Winkel, so da ss dieser bei geöffneter Schalterstellung nicht um einen solchen Betrag um das Niet. 39
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ausgcschwungen werden kann, dass er bei Stromschluss nicht mehr mit bei den festen Kontakten 30 und 30 a zur Berührung gelangt.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende : Der Seha ! terarm 27 wird durch die Feder 24 so lange in der Stromschlussstellung gehalten (s. Fig. 3), so lange die Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Maximaltemperatur liegt. Bei diesen Temperaturzuständen liegt das bewegliche Ende des Stabthermostaten unterhalb der neutralen Stellung. Entsprechend der Temperaturzunahme sucht sieh das freie Ende des Stabthermostaten nach aufwärts zu bewegen.'Dieser Bawegung setzt aber das federnde Organ 24 Widerstand entgegen. Bei Erreichung der vorbestimmten Maximaltemperatur überwindet nun der Thermostat die seitliche Komponente der durch die Feder 24 ausgeübten Kraft und beginnt sich nach oben zu bewegen.
Im Augenblick der Nachaufwärtsbewegung des freien Endes des Stabthermostaten halten sich die vom Thermostaten ausgeübten Kräfte und der Druck der Feder 24 das Gleichgewicht. Je mehr sich nun der Thermostat nach aufwärts bewegt, desto mehr nimmt der durch die Feder 24 ausgeübte Gegendruck ab, da dieser Druck im wesentlichen in der Richtung auf den Einspannpunkt des Thermostaten gerichtet ist. Mit andern Worten wird der Widerstand der Feder 24 gegen dieBewegung des Thermostaten immer geringer und der Thermostat wird beschleunigt, bis er mit hoher Geschwindigkeit seine Neutrallage durcheilt und in die entgegengesetzte Endlage gelangt. Hiebei wird er durch die wieder zunehmende seitliche Komponente des von der Feder 24 ausgeübten Druckes unterstützt. Dadurch
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gelangt.
Die plötzliche Stromunterbreehung wird noch durch den biegsamen Schalterarm 27 unterstützt.
In der Stromschlussstellung (Fig. 3) ist der Kontaktarm nach unten durchgebogen, da die Kontaktbrücke 29 früher zur Anlage an die festen Kontakte gelangt, ehe der Stabthermostat seine normale Strom- schlussstellung erreicht. Die Kontaktbrücke wird also durch das Bestreben des Kontaktarmes 27, sich gerade zu richten, in Anlage an die festen Kontakte gehalten, u. zw. während des Bwegungsbeginnes des Thermostaten, so dass der Thermostat infolge des sich Geraderichtens des Armes 27 auf eine hohe
Geschwindigkeit beschleunigt wird und die Kontaktbrücke mit hoher Geschwindigkeit von den festen Kontakten wegbewegt.
Nachdem der Heizstromkreis unterbrochen ist und infolgedessen die Temperatur der Vorrichtung als auch des Thermostaten zu sinken beginnt, sucht sich der Thermostat wieder in seine Strom schluss- stellung zu bewegen, jedoch wirkt dieser Bewegung, wie im vorhergehenden Fall, die Kraft der Feder 24 entgegen, u. zw. so lange, bis die Federkraft bei einer vorbestimmten Minimaltemperatur durch den Thermostaten überwunden wird, der nun in seine Stromschluss tellung umsehnappt. Der Heizstromkreis wird also derart gesteuert, dass eine vorbestimmte Temperatur aufrecht erhalten wird, u. zw. zwischen jenen Grenzen, für welche der Regler eingestellt wurde.
Während des Schliessms des Stromkreises bewirkt der biegsame, sich nach unten durchbiegende Kontaktarm 27 ein Schleifen der Kontaktbrücke auf den festen Kontakten, so dass die Kontaktflächen reingehalten werden. In anderen Worten wird nach Berührung der Kontaktbrücke 29 mit den festen Kontakten 30 und 30a die erstere über die letzteren nach links bewegt, in dem Masse, als der Schalterarm nach unten während seiner Bewegung in die in Fig. 3 dargestellte Lage durchgebogen wird.
Wenn der Schalterarm in der Offenstellung liegt, so liegt die Feder 24 gegen die Anschlagschraube 41 (Fig. 4) an. In der Stromschlussstellung (Fig. 3) kann sich der Thermostat entsprechend den niederen Temperaturen, beispielsweise der Raumtemperatur, die auftritt, wenn die Heizvorrichtung nicht in Tätigkeit ist, frei nach unten ausbiegen. Die der Nachabwärtsbewegung des Thermostaten entgegenwirkende Kraft des biegsamen Schalterarmes 27 wird durch die Kraft der Feder 24 mehr als aufgehoben. Der Thermostat kann also jede beliebige durch tiefe Temperaturen bedingte Lage einnehmen und es ist keine Gefahr vorhanden, dass eine dauernde Ausbiegung des Thermostaten auftritt, infolge der durch Einschränkung seiner freien Beweglichkeit hervorgerufenen inneren Spannungen.
Durch die Schraube 22 kann die aufrecht zu erhaltende Temparaturhohe eingestellt werden. Wird eine höhere konstante Temperatur gefordert, so wird die Schraube 22 gesenkt, während bei Verminderung der Tempcraturhöhe die Schraube gehoben wird. Um den Spielraum zwischen der Maximal- und MilJinl1'1-
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aufwärts erstreckenden Ansatz 44 des Flansches 18.
Bei Drehung der Schraube nach einwärts, d. i. nach links, so dass die Lagerschneide gegen die Feder 24 gedrückt wird (Fig. 3), wird die durch die Feder 24 ausgeübte Kraft vergrössert und der Spielraum zwischen der Maximaltemperatur ; bei welcher der Stromkreis geöffnet wird und der Minimaltemperatur, bei welcher der Stromkreis wieder geschlossen wird, ebenfalls vergrössert. Eine Bewegung der Lagerschneide 25 in der entgegengesetzten Richtung verkleinert diesen Spielraum. Da die Schraube 43 gegenüber der Lagerschneide 25 verdreht werden kann, ist die Einstellung der letzteren ohne deren Verdrehung möglich.
Wenn der Thermostat nur so schwache Ausdehnungsbewegungen in beiden Richtungen ausführt, wie dies im beschriebenen Fall eintritt,. so bewegt sieh der Stabthermostat vorerst langsam, bis er eine
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Stromunterbrechung erzielt, da der Thermostat bereits auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wurde, bevor er an das Ende des Stabes 90 zur Anlage gelangt.
PATENT-AN SPRÜCHE :
1. Temperaturregler mit einem federnden Organ, welches auf den Bimetallstreifen einen Druck in der Richtung seiner Achse ausübt und ihn ruckartig von einer Endlage in die andere bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass an den federnden Organ (24) ein biegsamer Kontaktarm (27) angeordnet ist, der einen elektrischen Stromkreis öffnet, wenn der Thermostat in eine Endstellung gelangt und diesen Stromkreis schliesst, wenn sich der Thermostat in die andere Endstellung bewegt, wobei sich der Kontaktarm ll1ch Schliess mg des Stromkreises während der Weiterbewegung des Thermostaten in seine Endlage derart abbiegt, dass bei Bewegung des Thermostaten in seine entgegengesetzte (die erste) Endlage der Stromkreis so lange geschlossen bleibt, bis der Thermostat eine hohe Geschwindigkeit erreicht hat.