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Thermostatisch Steuervorrichtung für elektrisch geheizte Geräte
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermostatische Steuervorrichtung für elektrisch geheizte Geräte, welche eine temperaturempfindliche Vorrichtung mit einem mechanischen Temperaturfühler und einen von dieser gesteuerten Schnappschalter umfasst.
Bei einer solchen Steuervorrichtung wirkt die durch das Gerät erzeugte Wärme auf den temperaturempfindlichen Teil ein, wobei der Schnappschalter durch den temperaturempfindlichen Teil betätigt wird und die Stromversorgung des Gerätes steuert.
Es sind bereits thermostatische Steuervorrichtungen bekanntgeworden, bei denen jedoch eine Abnützung der Teile des Schaltmechanismus eine Verzögerung des Zeitpunktes mit sich bringt, in welchem der Schalter wirksam wird und den Heizstrom unterbricht. Das heisst, die Abschalttemperatur wächst progressiv mit der Abnützung der Teile an. Dies ist eine sehr unerwünschte Tatsache bei einem von einem Thermostaten überwachten Schalter für elektrische Bügeleisen, elektrische Kocher u. dgl., bei welchen
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kann.
Bei solchen bekannten Steuervorrichtungen ist der Schalter von einem von einer Feder beaufschlagten Arm getragen, wobei die Feder bemüht ist, den Arm um einen Zapfen in einer solchen Richtung zu. verschwenken, dass ein Stössel gegen ein verstellbares Widerlager gedrückt und dadurch der Schalter geschlossen wird. Der Feder entgegengesetzt wirkt auf den Arm ein temperaturempfindlicher Körper mit Hilfe eines Kolbens ein, so dass bei einer Ausdehnung des Körpers der Arm entgegen der Wirkung der Feder verschwenkt und dadurch der Schalter geöffnet wird. Demgemäss muss daher zuerst ein durch die Abnützung vorhandenes Lagerspiel überwunden werden, bevor der Arm verschwenkt, der Schalter geöffnet und damit der Heizstrom unterbrochen wird.
Durch diese Tatsache bedingt, ist aber die den Schaltvorgang auslösende Temperatur höher als die Temperatur, bei welcher der Schalter tatsächlich betätigt werden soll.
Ziel der Erfindung ist es nun, die aufgezeigten Mängel zu vermeiden und eine thermostatische Steuervorrichtung zu schaffen, bei welcher der Schaltkörper von der Feder in der gleichen Richtung beaufschlagt wird, in der er unter der Einwirkung der thermostatischen Vorrichtung bei steigender Temperatur bewegt wird. In diesem Falle spielt auch eine Abnützung keine Rolle, da ein durch Abnützung vorhandenes Spiel nicht von der Bewegung der thermostatischen Vorrichtung, bevor diese zu einer Öffnung der Schalterkontakte führt, aufgenommen werden muss. Es wird hier also die Vorrichtung bereits bei einer niedrigeren Temperatur als der vorgesehenen wirksam, wodurch die erfindungsgemässe Vorrichtung auch wesentlich sicherer als die bisher bekannten Steuervorrichtungen ist.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass der Schalter mit einer Grundplatte durch eine federnde Halterung verbunden ist, die infolge ihrer Vorspannung den Schalter bei steigender Temperatur in eine Lage drückt, in der das federnde Kontaktblatt durch ein von der Grundplatte getragenes Auflager von der Kontaktbank abgehoben ist und der Temperaturfühler einen vorzugsweise auf einer Wippe angeordneten Anschlag steuert, welcher das freie bewegliche Ende des Schalters bei fallender Temperatur gegen die Vorspannkraft der federnden Halterung in eine Lage drückt, in welcher das federnde Kontaktblatt vom Auflager abgehoben ist und auf der Kontaktbank aufliegt.
Nach andern Merkmalen der Erfindung wird das federnde Kuntaktblatt des Schalters mit leicht abgebogenen Kontaktflächen in Eingriff mit einem feststehenden Kontakt gebracht. Zur Bewegung des Kontaktblattes durch eine Totpunktstellung und Umkehrung seiner Schräglage ist ein bestimmter Druck vor-
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gesehen, dabei wird das Kontaktblatt vom feststehenden Kontakt weggedrückt. Das Auflager zur Einstellung der Schalttemperatur, bei welcher der Kontakt geöffnet werden soll, ist bewegbar.
Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung besteht der Temperaturfühler in an sich bekannter Weise aus einem geraden, langgestreckten, an einem Ende befestigten Rohr aus einem Metall mit relativ hohem Ausdehnungskoeffizienten und aus einem darin angeordneten Stab mit einem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten, wobei der Stab am äusseren Ende des Rohres an dessen Boden befestigt ist, so dass sich das freie innere Ende des Stabes innerhalb und längs des Rohres bewegt, wenn sich diese Teile des Temperaturfühlers ausdehnen oder zusammenziehen.
Die Wippe, die auf einem Drehzapfen gelagert ist, weist eine kugelförmige Aussparung auf, in die eine am freien Ende des Stabes befestigte Kugel eingreift, wobei der Durchmesser des Stabes geringe. als der Innendurchmesser des Rohres ist, so dass dieser in einer Ebene senkrecht zu seiner Länge den Bewegungen der Wippe unbehindert folgen kann. Das federnde Kontaktblatt ist erfindungsgemäss als dreifingerige Feder ausgebildet und zur Begrenzung der Bewegung desselben ein vorzugsweise verstellbarer Anschlag vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die thermostatische Steuervorrichtung in einem Stecker einzubauen, aus dem der Temperaturfühler herausragt, so dass dieser in eine Öffnung des Gerätes eingeführt werden kann.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. In dieser zeigt : Fig. 1 einen elektrischen Stecker mit eingebauter erfindungsgemässer Steuervorrichtung, Fig. 2 den Stecker in vergrössertem Massstab, wobei eine Hälfte des Ge-
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im Grundriss, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 eine andere Form der Steuervorrichtung und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6.
Wie in den Fig. 1 - 3 gezeigt ist, besitzt der Stecker einen Hohlkörper 10 aus elektrisch isolierendem
Material, der zweckdienlich aus zwei Hälften besteht, die durch Schrauben 11 mit Muttern oder Nieten zusammengehalten werden. Die Öffnungen 12,12 an einem Ende des Körpers 10 dienen zur Aufnahme (nicht gezeigter) Anschlussstifte eines Elektrogerätes, wobei Hülsen 13,13 die Anschlussstifte aufnehmen.
Eine zwischen den Hülsen 13,13 angeordnete Grundplatte 14 trägt einen Temperaturfühler 15, der so weit aus dem Hohlkörper 10 herausragt, dass sie in eine passende Öffnung des Elektrogerätes eintreten kann.
Die Platte 14 trägt ferner innerhalb des Hohlkörpers 10 einen Schnappschalter 16, der durch den Tempe- raturfUhler 15 gesteuert wird. Leitungsdrähte zur Verbindung des Steckers mit einer Stromquelle gehen durch eine Öffnung, die sich am andern Ende des Körpers entgegengesetzt den Öffnungen 12, 12 befindet, wobei die eine Zuleitung innerhalb des Körpers 10 direkt mit einer der AnschlusshUlsen 13 und die andere über den Schalter 16 mit der andern Anschlusshülse 13 verbunden ist. Eine Erdleitung ist mit der Grundplatte 14 bei 17 verbunden. Eine Kontrollampe 18 ist zwischen die beiden Hülsen 13,13 geschaltet und leuchtet auf, wenn Strom durch den Schalter geht, wobei die Lampe 18 ein transparentes Fenster 19 im Körper 10 beleuchtet (Fig. l).
Die Temperatur, bei der der Temperaturfühler 15 den Schalter 16 öffnet, kann in unten näher beschriebener Weise durch Drehen eines Knopfes 21 (Fig. 1 und 3) eingestellt werden, wobei das Fenster 19 als Anzeiger dient, und zusammen mit den am Knopf angebrachten Zahlen die Temperatur anzeigt, bei der das Öffnen des Schalters 16 eingestellt ist.
Der Temperaturfühler 15 besteht aus einem Rohr 22 aus einem Metall mit hohem Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. Messing oder nicht rostendem Stahl, das an einem Ende an einen Metallstreifen 23 gelötet ist, der an die Grundplatte 14 grundgeschweSBt ist, und aus einem Stab 24 aus einem Metall mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, die fest mit dem andern Ende des Rohres 22 verbunden ist, so dass durch Ausdehnung und Zusammenziehung des Rohres 22 das freie Ende des Stabes 24 weiter in das Rohr hinein oder weiter aus ihm hinausbewegt wird. Eine Wippe 25, die um einen Drehzapfen 26 drehbar ist, der an einem zweiten Metallstreifen 27 auf der Grundplatte befestigt ist, hat eine kugelteilige Aussparung 28, die gegenüber der Achse des Drehzapfens 26 etwas versetzt ist, und in die ein an das freie Ende des Stabes 24 punktgeschweisstes Kugellager 29 eingreift.
Der Stab 24 ist in der Zeichnung mit einem Schraubgewinde an ihrem Ende 30. wo sie mit dem Rohr 22 befestigt ist, versehen gezeigt, wobei das Gewinde des Stabes 24 in das Schraubengewinde in einem verjüngten Endteil des Rohres geschraubt ist, so dass der Stab 24 während des Zusammenbaues in die gewünschte Längslage gebracht und dann dort durch Verlöten befestigt werden kann. Das Ende 30 des Stabes 24 kann aber auch gerändelt oder sonstwie aufgerauht sein, um dem Stab genügend Halt im Rohre 22 während des Einstellers und Verlötens zu geben, wobei der Stab 24 für das Einstellen mittels eines passenden Schraubwerkzeuges bewegt wird.
Da der Stab nur an seinem einen Ende 30 mit dem Rohr 22 verbunden ist, kann ihr anderes Ende sich etwas quer zur Rohrachse bewegen und sich daher den geringen Querbewegungen der Aussparung 28 anpassen, die durch das Schaukeln der Wippe 25 auftreten.
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Die Wippe 25 besteht aus einer rechteckigen Metallstange, an deren einem Ende nahe dem Drehzap- fen 26 sich die Aussparung 28 befindet. Ein Anschlag 31 aus isolierendem Material ist an einem Seiten- rande der Wippe 25 nahe ihrem andern Ende befestigt. Dieser Anschlag 31 überträgt die Bewegungen des
Stabes 24 auf den Schalter 16, der nun beschrieben wird.
Der Schalter 16 besitzt einen starren, metallischen Träger 32, der aus einem Stück Metallband be- steht, das im wesentlichen J-förmig gebogen ist, und dessen kürzerer Arm durch eine federnde Halte- rung 33 mit der Grundplatte 14 verbunden ist. Die Halterung 33 ist gegenüber der Grundplatte 14 isoliert, wobei die federnde Halterung 33 haltende Nieten 34 beispielsweise durch Isolierstreifen 35 beiderseits der
Grundplatte 14 hindurchgehen, die in einer Öffnung il1 der Grundplatte 14 liegen. Ein federndes Kontaktblatt 36 vom Dreizacktyp, das an dem freien Ende seines längeren Armes isoliert befestigt ist, erstreckt sich zwischen die Arme des Trägers 32 und wirkt zusammen mit einer am längeren Arm des Trägers 32 nahe der. Biegung befestigten Kontaktbank 37.
Der Anschlag 31 an der Wippe 25 liegt gegen den Kopf einer Niete, die eine Klemmplatte 38 hält, die das Kontaktblatt 36 an den Schalterträger 32 klemmt und, während das Rohr 22 sich ausdehnt, es dem längeren Arm des Trägers 32 gestattet, sich der Grundplatte 14 unter dem Einfluss der federnden Halterung 33 zu nähern, während ein Zusammenziehen des Rohres 22 die entgegengesetzte Wirkung hat. Die Wippe 25 vergrössert die durch die Ausdehnung und das Zusammenzie- hen des Rohres 22 bewirkte Bewegung, wobei das Bewegungsverhältnis beispielsweise zehn zu eins ist.
Das federnde Kontaktblatt 36 kann irgendeine Form einer dreifingerigen Feder haben, wobei die in
Fig. 4 gezeigte Feder an ihrem verankerten Ende in zwei relativ lange äussere Kontaktflächen 39 und eine kürzere mittlere Kontaktfläche 41 geteilt ist, und wobei die an den Träger 32 geklemmten Kontaktflä- chen 39 leicht in Richtung aufeinander während des Klemmens gepresst werden und die Klemmflächen leicht geneigt sind, so dass sie von der Längsmitte des Kontaktblattes 36 in Richtung auf den Arm, an dem das Blatt 36 befestigt ist, schräg abfallen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Durch diese Verbiegung des Blattes 36 entsteht eine Spannung, die es in Richtung auf die feststehende Kontaktbank 37 drückt.
Ein auf die mitt- lere Kontaktfläche 41 ausgeübter Druck erteilt dem Blatt 36 eine umgekehrte Schiefspannung, so dass eine
Totpunktlage entsteht, von der aus das Blatt 36 jeweilig in einer bestimmten Richtung gespannt ist. Die mittlere Kontaktfläche 41 liegt gegen einen verstellbaren Anschlag 42 aus isolierendem Material, der am
Ende einer Schraube 43 sitzt, die in ein Gewindeloch in der Grundplatte. 14 geschraubt ist. Ein auf die
Kontaktfläche 41 durch die Schraube 43 ausgeübter Druck bringt das Blatt 36 zum Überschnappen aus sei- ner Berührung mit der feststehenden Kontaktbank 37 in eine Stellung, in der es in Kontakt mit einem ver- stellbaren isolierten Auflager 44 kommt, das am kürzeren Arm des Trägers 32 befestigt ist.
Da die Lage des Schalterträgers 32 sich mit der Temperatur, der das Rohr 22 ausgesetzt wird, ändert, ist es offensichtlich, dass die Temperatur, bei der der Schalter 16 sich öffnet, durch Einwärts- oder Aus- wärtsdrehen der Schraube 43 eingestellt werden kann. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, trägt die Schraube 43 einen Kopf 21, durch den sie gedreht werden kann.
Der Kopf 21 ist in seiner Mitte ausgespart, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und die Aussparung ist durch eine
Metallblechscheibe 45 mit federnden Zinken 46 bedeckt, die in Schlitze im Kopf eingreifen und die
Scheibe 45 in Stellung halten. Die Schraube 43 ist hohl und der verstellbare Anschlag 42 ist in ihr ver- schiebbar und bezüglich der Schraube mittels einer Steckschraube 47 verstellbar, die in das Innengewin- de der Schraube geschraubt ist. Durch Entfernung der Scheibe 45 und der Deckelschraube 48 im oberen
Ende der Schraube 43 wird die Steckschraube 47 zugänglich gemacht.
Die Teile werden während des Zusammenbaues so eingestellt, dass innerhalb des Temperaturberei- ches, bei dem das Gerät verwendet werden soll, die federnde Halterung 33 stets unter Biegespannung steht und dadurch den längeren Arm des Trägers 32 gegen die Grundplatte 14 drückt.
Im Betriebe wird der Stecker in üblicher Weise in das Gerät gesteckt, mit dem er verwendet werden soll, und der Kopf 21 wird auf die Temperatur eingestellt, bei der das Gerät gehalten werden soll. Solange die Temperatur unterhalb derjenigen bleibt, auf die der Kopf 21 eingestellt ist, bleibt der Schalter 16 geschlossen. Wenn die Temperatur steigt, dehnt sich das Rohr 22 aus und ermöglicht die Bewegung der Wippe 25, wodurch der längere Arm des Trägers 32 in Richtung auf die Grundplatte 14 bewegt wird. bis bei der gewünschten Temperatur der Anschlag 42 das federnde Kontaktblatt 36 über die Totpunktlage hinweg bewegt und den Schalter öffnet. Der Schalter schliesst sich wieder, wenn die Temperatur um einen kleinen Betrag gesunken ist, so dass er sich abwechselnd öffnet und schliesst und damit eine im wesentlichen konstante Temperatur aufrechterhält.
Der Bereich zwischen den öffnenden und schliessenden Temperaturen kann durch Einwärts-und Auswärtsdrehen des Auflagers 44 eingestellt werden, wodurch die Bewegungsstrecke des freien Endes des Kontaktblattes 36 verändert wird. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Bereich sehr klein eingestellt werden
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kann.
Die Schnappwirkung des Schalters 16 sichert ein schnelles Öffnen der Kontakte, wodurch die Funkenbildung und das damit verbundene Verschmoren der Kontakte verringert oder verhindert wird.Jeder Verschleiss der beweglichen Teile der Vorrichtung neigt dazu, die Temperatur herabzusetzen, bei der der Schalter 16 sich öffnet, da die Abnutzung an den Flächen der Kugel 29 und der Aussparung 28, in die sie eingreift, am Drehzapfen 26 oder am Anschlag 31 von der auf den Schalterträger 32 durch die federnde Halterung 33 wirkenden Belastung aufgenommen wird, die den längeren Arm des Schalterträgers 32 in Richtung auf die Grundplatte 14 bewegt.
Die erfindungsgemässe thermostatische Steuervorrichtung kann auch in ein elektrisches Gerät eingebaut sein, statt in einen Gerätestecker. Wenn sie in ein Gerät eingebaut wird, kann der temperaturempfindliche Teil statt aus einem Rohr und einem Stab aus zwei länglichen Teilen von beliebigem Querschnitt bestehen, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei sie an einem Ende fest miteinander verbunden sind und der eine von ihnen am andern Ende an einer den Schalter tragenden Grund- platte verankert ist.
Beispielsweise kann, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, eine temperaturempfindliche Vorrichtung für ein elektrisches Bügeleisen einen aus einem Metall mit hohem Ausdehnungskoeffizienten bestehenden Teil 51 mit U-förmigem Querschnitt besitzen, der in einer länglichen Aussparung in der Bodenplatte 52 des Bügeleisens befestigt ist, wobei ein Ende des U-förmigen Teiles 51 von einem Paar Schenkeln gehalten wird, von denen einer bei 53 gezeigt ist, die sich von der den Schalter 55 tragenden Grundplatte 54 abwärts erstrecken. Die Schenkel 53 sind an der Bodenplatte 52 befestigt und der Teil 51 wird fest gegen den Boden der Aussparung durch die Winkelstücke 56 gedrückt, die seitlich der Aussparung an die Bodenplatte 52 angeschraubt sind und über die Seitenwände des Teiles 51 hinausragen.
Der Teil 51 kann sich daher frei in bezug auf die Bodenplatte 52 bewegen, wenn eine unterschiedliche Ausdehnung stattfindet. Ein Stab 57, der dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Stab entspricht, ist an einem Ende an einer Platte 58 befestigt, die an dem nicht durch die Schenkel 53 gehaltenen Ende des Teiles 51 gelötet oder sonstwie befestigt ist, während das andere Ende der Stange 57 eine Kugel 59 trägt, die in die Aussparung in einer Wippe 61 eingreift.
Der Schalter 55 entspricht im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten, nur ist die Grundplatte 54 bei 62 aufwärtsgekröpft, um mehr Raum für den Schalter zu schaffen, und die Wippe 61 greift nicht in eine die Dreizackfeder in Stellung haltende Niete ein, sondern in eine abwärtsgekröpfte Verlängerung des längeren Armes des Schalterträgers 63.
Wie ersichtlich, wird der gleiche grundlegende Gedanke in den beiden dargestellten Ausführungsformen der Erfindung verwendet, obwohl die Anwendung der Vorrichtung verschieden ist. Es ist offensichtlich, dass die dem Schalter durch die vorherbestimmte Temperaturänderung erteilte Bewegung, und damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung abhängig ist von der Länge der temperamrempfindlichen Vorrichtung, von der durch die Wippe verursachten Vergrösserung der Bewegung, und von dem Abstand zwischen dem Punkt, an dem die Wippe in Kontakt mit dem Schalterträger kommt, und der Halterung, um die der Träger sich bewegt.
Diese drei Variablen können gemäss den gewünschten Erfordernissen gewählt werden, wobei alle Beschränkungen, die einer von ihnen auferlegt sind, wie etwa Beschränkungen bezüglich des verfügbaren Raumes, durch geeignete Änderungen eines oder der beiden anderen Variablen ausgeglichen werden können.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Thermostatisch Steuervorrichtung für elektrisch geheizte Geräte, welche eine temperaturempfindliche Vorrichtung mit einem mechanischen Temperaturfühler und einen von dieser gesteuerten Schnappschalter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (16 bzw. 55) mit einer Grundplatte (14 bzw. 54) durch eine federnde Halterung (33) verbunden ist, die infolge ihrer Vorspannung den Schalter (16 bzw. 55) bei steigender Temperatur in eine Lage drückt, in der das federnde Kontaktblatt (36) durch ein von der Grundplatte (14 bzw.
54) getragenes Auflager (44) von der Kontaktbank (37) abgehoben ist, und der Temperaturfühler (15) einen vorzugsweise auf einer Wippe (25) angeordneten Anschlag (31) steuert, welcher das frei bewegliche Ende des Schalters (16) bei fallender Temperatur gegen die Vorspannkraft der federnden Halterung (33) in eine Lage drückt, in welcher das federnde Kontaktblatt (36) vom Auflager (44) abgehoben ist und auf der Kontaktbank (37) aufliegt.