CN102959671A - 双金属控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双金属控制器，该双金属控制器包括一个开关装置（2）以及至少一个双金属装置（4），该双金属装置是或者可以是被有源连接到该开关装置（2）上，以便允许该开关装置（2）以依赖于温度的方式被开关。该双金属装置（4）具有至少一个第一双金属元件（6）以及至少一个弧形的第二双金属元件（8），这两个元件是在一个接触区域（14）中彼此相连接的并且在所述接触区域（14）中被设计成使得该第一双金属元件（6）的热膨胀系数从其底部（21）向顶部（23）增大并且该弧形的第二双金属元件（8）的热膨胀系数从其顶部（21'）向顶部（23'）减小，或者反之亦然。

Description

双金属控制器

本发明涉及一种双金属控制器，该双金属控制器包括一个开关装置以及至少一个双金属装置，该双金属装置是或者可以是被有源连接到该开关装置上，其方式为允许依赖于温度而开关该开关装置。

从现有技术中已知这类双金属控制器。

双金属或热双金属是这样一种金属元件，该金属元件包括两个不同的材料层，这两个层是通过一种材料粘合剂或形状配合而彼此连接的。当温度改变时形状的改变是特征性的。这种形状上的改变表现为该双金属的弯曲。这是由所使用的金属的热膨胀系数不同引起的。如果一种金属的膨胀超过所配属的另一种金属，则多个金属层的组合存在弯曲。这两种金属通常通过辊压、并且特别是冷焊、或者通过机械连接装置（例如铆钉）而彼此连接。

此类双金属的一个已知应用领域是依赖于温度的开关，这些双金属在此被使用为使得当温度改变并且发生伴随的弯曲时这些双金属就致动一个开关装置。

例如DE 894469示出了此类双金属控制器或开关，其中双金属是通过一端被附接至一个基本结构上并且通过一个自由端被有源连接至一个开关装置上。这种开关装置由两个开关元件组成，这两个开关元件可以通过止动板而相对于彼此进行设定。当该双金属控制器存在变形时，这导致了该两个开关元件的触头的闭合，即，一个开关操作，通过该开关操作可以致动一个配属的电器等。

DE 889,782示出了一种类似的双金属控制器，其中该双金属同样是通过一端被附接在一个基本结构上并且通过另一个自由端被有源地连接至一个开关装置上。在此，通过该双金属在该自由端处的弯曲所触发的开关操作也可以通过一个合适的设定装置来设定。

从现有技术中已知的这些双金属控制器在开关温度方面通常不能被足够精确地设定。这在非常小的双金属控制器的情况下尤其明显。

因此本发明的目的是提供一种在开篇提到的类型的双金属控制器，该双金属控制器确保了可以被准确设定的开关行为和/或小的滞后作用，尤其还具有小的构造。

此目的是通过专利权利要求1所述的双金属控制器来实现的。

具体而言，此目的是通过这样一种双金属控制器实现的，该双金属控制器包括一个开关装置和至少一个双金属装置，该双金属装置是或者可以是被有源连接到该开关装置上，其方式为允许依赖于温度而开关该开关装置，该双金属装置具有至少一个第一双金属元件以及至少一个弧形的第二双金属元件，这两个元件是在一个接触区域处彼此相连接的并且在该接触区域处被形成的方式是使得该第一双金属元件的热膨胀系数从其下侧向上侧减小并且该弧形的第二双金属元件的热膨胀系数从其下侧向其上侧增大，或者反之亦然。

此类安排包括至少两个双金属元件，这两个元件是彼此相连接的并且被形成为使得它们在接触区域中具有的热膨胀系数的相反的逐渐变化（Verlauf），该安排得到了这样一种双金属装置，该双金属装置与现有技术中已知的这些双金属装置相比，当环境温度改变时具有更大的开关移动。

优选地，至少该第一双金属元件以及至少该弧形的第二双金属元件在各自的情况下是由至少两个具有不同热膨胀系数的元件层构造成的，该第一双金属元件的层结构与该弧形的第二双金属元件的层结构在热膨胀系数方面相反地逐渐变化。

一个关键点是根据本发明的双金属控制器的双金属装置由至少两个双金属元件组成，确切地说是至少一个第一双金属元件以及至少一个第二弧形的双金属元件，这两个双金属元件均是多层元件并且用于每个双金属元件的这些层元件具有不同的热膨胀系数而使得对应的双金属元件依赖于环境温度发生变形。根据本发明，这两个双金属元件在这种情况下在一个接触区域处彼此连接，使得该第一双金属元件的层结构与该弧形的第二双金属元件的层结构在热膨胀系数方面相反地逐渐变化。

在本发明的范围内，该层结构的这种“相反的安排”应被理解为是指这样的安排：其中从具有低热膨胀系数的层到具有高热膨胀系数的层来考虑，该第一双金属元件的层结构与该第二弧形的双金属元件在热膨胀系数而言方面相反地逐渐变化。因此，例如，包括一个具有高热膨胀系数的下层以及一个具有低热膨胀系数的上层的一个双金属元件，或非常普遍地，具有从下侧向其上侧减小的热膨胀系数的一个双金属元件，以及一个具有低热膨胀系数的下层以及一个具有较高热膨胀系数的上层，或一个其热膨胀系数从下侧向上侧增大的一个双金属元件，在该接触区域中彼此汇合。为此，其中的第一双金属元件，尤其在层的数量或所使用的材料或材料厚度方面，具有不同于该第二弧形的双金属元件的层结构的这种双金属装置也是位于本发明的范围内，只要提供了“相反的层结构”（特别是在该接触区域中）。

“弧形”在本发明的范围内应被理解为意指从直线或该双金属元件的延伸范围的主轴发生的任何偏差，并且特别地是这样一种形状，特别是一个圆的圆弧形状，其中该双金属元件的部分区域在相对于该第一和/或第二双金属元件的另一个部分区域偏移了至少90°的方向上延伸。

根据本发明该第一双金属元件相对于该第二弧形的双金属元件被安排并且被形成的方式提供了这样一种双金属装置，其中彼此连接的这两个双金属元件的独立移动被特别有效地加在一起，这导致了一种特别有效的开关移动。其结果是这样一种双金属控制器，其中即使在存在小的温度改变时在该双金属装置处也发生大的移动，这样使得即使温度的改变很小时，也可以进行开关操作。因此得到的双金属片控制器与现有技术中的控制器相比是更加灵敏的。

优选地，该双金属装置包括串联安排的、多个由第一双金属元件和弧形的第二双金属元件组成的组合。以此方式，这些大的开关移动可以被容易地加在一起。该双金属装置在这种情况下优选地被形成为使得第一双金属元件和第二弧形的双金属元件的安排发生交替，在此也可以观察到这些对应的双金属元件的层结构的相反安排。还可能的是以这样一种方式来形成该双金属装置，即，使得该第一双金属元件和该第二弧形的双金属元件的组合通过一个另外的中间元件且优选地一个非双金属中间元件被连接至第一双金属元件和第二弧形的双金属元件的另一组合上。还可能的是通过该第一和第二双金属元件的对应安排而以一种曲折的方式来形成该双金属装置，特别是为了以这种方式来补偿基本上垂直于该主要移动方向（即，引起开关操作的移动方向）的移动。此外，还可想到的是将所述中间元件和优选地非双金属中间元件安排在至少一个第一双金属元件和一个第二弧形双金属元件之间。

优选地，该第一双金属元件和/或该弧形的第二双金属元件是作为一个或多个双金属条带形成的。通过由一个或多个双金属条带来形成，确保了该双金属装置在一个限定的移动方向上的开关移动。

优选地，该接触区域被安排在该第一双金属元件的远端处并且在该弧形的第二双金属元件的近端处。以此方式，当存在温度改变时，获得了这些对应的双金属元件的移动的特别有效的叠加。

优选地，该弧形的第二双金属元件描绘了半个弧到基本上整个弧，特别是四分之三个弧、并且特别地是一个圆的半个弧到基本上一个圆的整个弧，特别是一个圆的四分之三个弧。以此方式，当存在温度改变时该第一双金属元件和该第二弧形的双金属元件的这些元件移动特别有效地加在一起以便形成共同的开关移动，同时给予了该双金属装置非常紧凑的结构。

优选地，该弧形的第二双金属元件在其远端处具有一个开关区域，特别是一个基本上直线式形成的开关区域，该区域是或者可以是有源连接到该开关装置上的。通过该第一双金属元件的移动与该第二弧形的双金属元件的移动的结合，非常容易地将一种开关移动通过该开关区域而传递到该开关装置。

优选地，该开关区域的延伸范围的主轴以及与之相邻接的、该弧形的第二双金属元件的切线围成了一个<180°的角度，特别是≤90°的角度。以此方式，当存在温度改变时，获得了一个非常紧凑的部件，以及这些单独双金属元件移动的非常有效的组合。

优选地，当存在一个限定的正常温度T₀时，该弧形的第二双金属元件的开关区域被安排成轴向地平行于该第一双金属元件的延伸范围的主轴。特别是在第二双金属元件基本上处于整个弧或整个的圆的形式的情况下，因此获得了具有非常大的开关行程的双金属元件，同时该控制器具有紧凑的构型。

优选地，该双金属装置被安装成使得该第一双金属元件的近端相对于该开关装置是基本上被夹持的（eingespannt）。在这个夹持点的基础上，获得了具有非常大的开关行程、还可以被安排在非常有限的空间中的双金属装置。

优选地，在该弧形的第二双金属元件的情况下，具有较高热膨胀系数的元件层被安排在该内弧的区域中。以此方式，获得了这样一种双金属装置，该双金属装置在温度升高时极大地膨胀并且作用在被安排在该双金属装置外侧周围区域中的一个开关装置上。在开关装置被基本上安排在该双金属装置内的情况下，在此情况下该双金属装置的收缩因此必然激活该开关移动，具有较高热膨胀系数的元件层优选地被安排在该第二双金属元件的外弧的区中。

本发明还涉及一种用于将至少一个传导元件导电性地连接到上述双金属控制器上或连接到此类开关装置的接触元件上的设备，该设备被安装在一个壳体中，提供了一个具有以下各项的夹紧装置：一个夹紧螺栓和一个夹紧螺栓座，它们一起限定了一个夹紧空间，该传导元件能从该壳体外侧引入该夹紧空间中并且该接触元件从该壳体内侧伸入该夹紧空间中，该夹紧螺栓在其轴向方向上被保持在该壳体中并且通过一个夹紧延续部以不受限的方式抵靠在该接触元件上，并且该夹紧螺栓座的一个逆向支承区域能够朝向该夹紧延续部上并且朝向抵靠在其上的该接触元件上移动而同时减小了该夹紧空间并且能够至少被固定在一个夹紧位置中，这样使得该传导元件以及该接触元件相对于彼此以导电性方式被固定，而没有将弯曲荷载引入该接触元件中。

以此方式形成的这样的设备或双金属控制器的优点是，能够在没有任何热量引入的情况下将传导元件连接至该双金属控制器上，例如通过焊接或钎焊操作。根据本发明，在现有技术中的双金属控制器的情况下这种热量的引入导致该开关装置的通常会提供的弹簧元件的减弱。使用根据本发明的设备避免了这个问题。特别是与先前讨论的双金属装置相结合，因此获得了具有非常准确的、并且特别是具有可以准确设定的开关行为的双金属控制器。

本发明另外的实施方案由从属权利要求所提供。

以下在示例性实施方案的基础上对本发明进行描述，这些示例性实施方案通过附图来更详细地解释，在附图中：

图1显示了该双金属控制器的一个实施方案的等距图示；

图2示出了来自图1的双金属控制器的实施方案的侧视图；

图3示出了来自图1的双金属控制器的实施方案的双金属装置的细节图；

图4示出了双金属装置的另一个实施方案；

图5显示了根据图1的、带有斗式连接夹具（Paternosteranschlussklemmen）的双金属控制器的实施方案的一个等距图示；

图6示出了来自图5的图示的等距纵向截面；并且

图7显示了根据图5的双金属控制器被整合在一个壳体中时的实施方案的等距纵向截面。

以下对相同部件和以相同方式起作用的部件使用了相同的参考符号，为区分的目的有时使用了上标。

图1示出了根据本发明的双金属控制器的实施方案的等距图示，图2示出了这个实施方案的侧视图，并且图3示出了比如在这个双金属控制器1中使用的一个双金属装置4的细节图。

在这个实施方案的情况下，该双金属装置4具有两个双金属元件6、8，确切地说是一个第一双金属元件6和一个弧形的第二双金属元件8。该弧形的第二双金属元件在此被配置成至少部分地处于3/4圆的形式。这两个双金属元件6、8在一个接触区域14处彼此连接，在此特别地，该第一双金属元件6被安排成使其远端7位于该弧形的第二双金属元件8的近端9上。

该双金属装置4通过一个开关元件3被有源连接至一个开关装置2上，这在两个接触元件16、18之间建立了电连接，即，允许了开关操作。该开关操作的调整可以通过一个设定元件20来完成，其方式为配属给接触元件16、18的这两个开关触头17、19相对于彼此而定位。取决于如何进行这种定位，当该双金属装置4存在小的或更大的移动时该开关装置2触发该开关操作。

该双金属装置4以基本上对弯曲刚性的（biegefest）方式通过该第一双金属元件6的近端5被夹持在一个支承块22上。这个支承块由多个隔离的单独元件23组成、不仅携带了该双金属装置4而且还携带了接触元件16和18以及一个固位板24，该固位板允许了该双金属控制器1被紧固在一个壳体40中（参见图7），并且额外地携带了这些设定元件20。

该弧形的第二双金属元件8在其远端11处具有一个开关区域13，通过该区域，该弧形的第二双金属元件通过该开关元件3有源连接到该开关装置2上。当存在温度改变时，该开关区域13由于该两个双金属元件6、8朝该开关装置2的移动而进行移动，当存在特定的移动时，该开关元件3触发该开关操作。

特别地可以在图2中详细看见该开关装置2的结构。它包括两个接触元件16、18，这两个元件可以通过这些配属的接触元件17和19、通过由于该开关元件3而发生的激活作用而被带入彼此的导电性连接中。该接触元件17在此被形成为一个弹簧元件，并且具体为铍弹动式弹簧元件（Beryllium-Sprungfederelement），这样使得当该开关元件3存在“缩回”时，这种导电连接被再次打开。

在图1和2并且特别在图3中，可以看到该双金属装置4的这两个双金属元件6、8的不同的层结构。该第一双金属元件6由两个元件层10、12组成，具有较大热膨胀系数α_ΔT10的元件层10被安排在下侧21上，如在该图的平面中表示的，并且具有较小热膨胀系数α_ΔT12的元件层12被安排在上侧23上。

该弧形第二双金属元件8的层结构是与之相反地形成的。这个双金属元件8也由两个元件层10、12组成，具有较高热膨胀系数α_ΔT10的元件层10被安排在上侧23上，如在该图的平面中表示的，并且具有较低热膨胀系数α_ΔT12的元件层12被安排在接触区域14的下侧21上。

该两个双金属元件6、8的两个层结构的相反安排的结果是强得多的偏转（此处在图3中由箭头26表示），在双金属控制器1的情况下，在此表示的偏转造成了一个远远更精确的可调节性和更精确的可开关性。

在图3中，图解地表示了当存在温度的特定改变ΔT时该双金属装置4或这两个双金属元件6、8的移动，其中当存在温度的变化ΔT时该双金属装置4的最终位置由虚线表示。

图4示出了该双金属装置4的另外一个实施方案，在此多个第一双金属元件6和弧形的第二双金属元件8彼此并排地串联安排并且在此特别地以曲折方式安排。以此方式，当存在温度改变ΔT时图3中所表示的开关行程26几乎可以任意增大，从而允许不希望的移动，此处是例如图3中描绘的开关区域13向右侧的偏移，是有待被校正的。此处图4中表示的双金属元件6、8还分别地具有这样一种层结构，该层结构由至少两个元件层10、12组成，比如参照图3已经详细解释过的那些。

在图5至7中，再次在等距视图（图5）和纵向剖面（图6）中表示了以上根据图1至3所讨论的实施方案。该双金属控制器1的实施方案在此被补充了多个夹紧装置28、并且特别是通过两个斗式夹具30，这些夹具允许将一个传导元件（未显示）容易地连接到该双金属控制器1上。如果在现有技术的情况下，通常这些接触元件16、18已经通过钎焊连接而被连接至另外的传导元件（未显示）上，在此该双金属控制器1的连接或该接触元件16、18的连接是通过斗式夹具30进行。这种连接技术的优点是没有热能被引入到这些接触元件16、18中、并且没有通过这些而进入这些开关触头17、19中、并且尤其是没有进入在此通过钎焊或焊接操作被形成为铍弹动式弹簧的该开关触头17中。在现有技术中正是因为这种热量引入导致了变形并且导致被配置为弹动式弹簧元件的这个开关触头17的恢复力的削弱。基本上对应热致后处理的这种人为老化往往导致双金属控制器1的故障。

原则上，应注意的是，使用这种夹紧技术通过斗式夹具30来将传导元件连接至这些接触元件16、18上不被仅仅局限于在根据本发明的双金属控制器1的情况下使用。配备有接触元件或开关触头、特别是配备有热敏性接触元件或开关触头的所有的部件均可以被相应地装配。

图5至7所示的夹紧装置28用于将至少一个传导元件（未表示出）导电性地连接至一个开关装置（并且在此是双金属控制器1）的、被安装在壳体40中的至少一个接触元件16、18，该夹紧装置具有以下各项：

一个夹紧螺栓32和一个夹紧螺栓座34，它们一起限定了一个夹紧空间36，该传导元件（未显示）能从该壳体40的外侧43引入该夹紧空间中并且该接触元件（16，18）从该壳体40（参见图7）的内侧45伸入该夹紧空间中，该夹紧螺栓32在其轴向方向上被保持在该壳体40中并且通过一个夹紧延续部33以不受限的方式抵靠在该接触元件16、18上，并且该夹紧螺栓座34的一个逆向支承区域35能够朝向该夹紧延续部33上并且朝向抵靠在其上的该接触元件16、18上移动而同时减小了该夹紧空间36并且能够至少被固定在一个夹紧位置中，这样使得该传导元件（未显示）以及该接触元件16、18相对于彼此以导电性方式被固定，而没有将弯曲荷载引入该接触元件16、18中。根据本发明该夹紧装置28或该斗式夹具30因此不仅具有容易将传导元件连接至这些接触元件16、18上的优点（特别是在没有任何热量引入的情况下），而且还具有不受限连接的优点，这样使得没有弯曲荷载被引入该接触元件16、18和这些所配属的开关触头17、19中。

优选地，该夹紧螺栓座34被形成为一个夹紧螺栓靴（Klemmbolzenschuh），该夹紧螺栓靴至少部分地包裹该夹紧空间36，该逆向支承区域35被形成在其内部的、面向该夹紧延续部33的底壁上。优选地在这种情况下该夹紧螺栓座34在该夹紧螺栓32的轴向方向上可移动地被安装在该夹紧螺栓上。如在此显示的，该夹紧螺栓32优选地配备有一个螺纹区域，该螺纹区域与该夹紧螺栓座34的一个螺纹接收区域是螺纹接合的，其方式为使得该夹紧螺栓座34的逆向支承区域35可以通过夹紧螺栓32的旋转而向该夹紧延续部33上移动并且朝向或远离抵靠在其上的该接触元件16、18移动。

图5和6中可以看出，该夹紧螺栓座34优选地是由多次折叠的金属条带42形成的。这允许进行廉价的生产，同时具有良好的稳定性和足够的材料用于形成一个螺纹接收区域。

该夹紧螺栓座34优选地在其下部的底部区域具有一个覆盖元件44，该覆盖元件在一个传导元件的连接过程中用作它的引导件。优选地在这种情况下该覆盖元件44轴平行于该夹紧螺栓32而延伸，其方式为使得当该夹紧空间36减小时，也就是说在此是通过该夹紧螺栓32的旋转所引起的，该覆盖元件随后覆盖了该壳体40中的一个接收开口48。这防止了不适当地引入该传导元件。

参考符号

1双金属控制器

2开关装置

3开关元件

4双金属装置

5近端

6第一双金属元件

7远端

8弧形的第二双金属元件

9近端

10元件层

11远端

12元件层

13开关区域

14接触区域

16接触元件

17开关触头

18接触元件

19开关触头

20设定元件

21下侧

22支承块

23上侧

24固位板

28夹紧装置

30斗式夹具

32夹紧螺栓

33夹紧延续部

34夹紧螺栓座

36夹紧空间

40壳体

42金属条带

44覆盖元件

Claims (10)

1.一种双金属控制器，包括一个开关装置（2）以及至少一个双金属装置（4），该双金属装置是或者能够被有源连接到该开关装置（2）上，其方式为允许依赖于温度而开关该开关装置（2），

其特征在于，

该双金属装置（4）具有至少一个第一双金属元件（6）以及至少一个弧形的第二双金属元件（8），这两个元件是在一个接触区域（14）处彼此相连接的并且在该接触区域（14）处被形成的方式是使得该第一双金属元件（6）的热膨胀系数从其下侧（21）向上侧（23）减小并且该弧形的第二双金属元件（8）的热膨胀系数从下侧（21'）向其上侧（23'）增大，或者反之亦然。

2.如权利要求1所述的双金属控制器，

其特征在于，

这些双金属元件（6，8）在各自的情况下是由至少两个具有不同热膨胀系数（α_ΔT10，α_ΔT12）的元件层（10，12）构造成的，该第一双金属元件（6）在该接触区域（10）处的层结构与该弧形的第二双金属元件（8）的层结构在热膨胀系数（α_ΔT10，α_ΔT12）方面相反地逐渐变化。

3.如权利要求1或2所述的双金属控制器，

其特征在于，

该双金属装置（4）具有串联安排的并且特别是以曲折方式安排的、由第一双金属元件（6）和弧形的第二双金属元件（8）组成的多个组合。

4.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，

其特征在于，

该第一双金属元件（6）和/或该弧形的第二双金属元件（8）是作为一个或多个双金属条带形成的。

5.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，

其特征在于，

该接触区域（14）被安排在该第一双金属元件（6）的远端（7）处并且在该弧形的第二双金属元件（8）的近端（9）处。

6.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，

其特征在于，

该弧形的第二双金属元件（8）描绘了半个弧到基本上整个弧，特别是四分之三个弧并且特别地是一个圆的半个弧到基本上一个圆的整个弧，特别是一个圆的四分之三个弧。

7.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，

其特征在于，

该弧形的第二双金属元件（8）在其远端（11）处具有一个基本上直线式形成的开关区域（13），该开关区域是或者能够有源连接到该开关装置（2）上。

8.如前述权利要求之一所述的、特别是如权利要求7所述的双金属控制器，

其特征在于，

该开关区域（13）的范围的主轴以及该弧形的第二双金属元件（8）的、与该主轴相邻接的切线围成了一个<180°的角度，特别是≤90°的角度。

9.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，

其特征在于，该双金属装置（4）被安装成使得该第一双金属元件（6）的近端（5）相对于该开关装置（2）是基本上被夹持的。

10.如前述权利要求之一所述的双金属控制器，该双金属控制器（1）是被安装在或能够被安装在一个壳体（40）中，

其特征在于，

提供了用于将至少一个传导元件导电性地连接到该开关装置（2）上的一个设备，该设备包括一个夹紧装置（28），该夹紧装置具有以下各项：

一个夹紧螺栓（32）和一个夹紧螺栓座（34），它们一起限定了一个夹紧空间（36），该传导元件能从壳体外侧（43）引入该夹紧空间中并且该接触元件（16；18）从该壳体内侧（45）伸入该夹紧空间中，该夹紧螺栓（32）在其轴向方向上被保持在该壳体（40）中并且通过一个夹紧延续部（33）以不受限的方式抵靠在该接触元件（16；18）上，并且该夹紧螺栓座（34）的一个逆向支承区域（35）能够朝向该夹紧延续部（33）上并且朝向抵靠在其上的该接触元件（16；18）上移动而同时减小了该夹紧空间（36）并且能够至少被固定在一个夹紧位置中，这样使得该传导元件以及该接触元件（16；18）相对于彼此以导电性方式被固定，而没有将弯曲荷载引入该接触元件（16；18）中。

Images