DD254778A1 - Vorrichtung zur temperaturklassifizierung von bimetallschnappscheiben - Google Patents

Abstract

Die erfinderische Vorrichtung kann insbesondere zur thermischen Sortierung von Thermobimetallschnappscheiben nach ihren oberen und unteren Schnapptemperaturen eingesetzt werden. Wesentliche Merkmale der Erfindung sind eine Waermemesskammer, bestehend aus einem gut waermeleitfaehigen metallischen Koerper, in dessen Inneren sich ein linsenfoermiger Hohlraum zur Aufnahme der Bimetallschnappscheibe befindet. Um diesen Hohlraum existiert ein Gebiet hoher Temperaturkonstanz. Mit einer Temperaturregelung und der entsprechenden Zustandsauswertung der Bimetallschnappscheibe ergibt dies eine Waermemesskammer, die als Grundbaustein einer rechnergesteuerten Temperaturklassifizierung dient. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Sortierung von Thermobimetallschnappscheiben nach ihren oberen und unteren Schnapptemperaturen.

Derartige Schnappscheiben, die durch Prägung bei einer ganz bestimmten Temperatur vom konvexen in den konkaven Zustand bzw. umgekehrt schnappen, befinden sich in Temperaturwächtern, Thermoschalter^ Motorschutzrelais, Temperaturbegrenzern u.a. thermischen Auslösern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Thermoschalter realisieren Schalttemperaturtoleranzen von ±3 K für die oberen und unteren Schalttemperaturen.

Daraus resultiert die Notwendigkeit, Bimetallscheiben zu prägen, deren Schnapptemperaturtoleranzen kleiner als ±2 K betragen.

Neben der hochgenauen Prägung ist eine präzise Schnapptemperaturmessung unerläßlich.

Stand derTechnik ist die Sortierung der Bimetallschnappscheiben im Ölbad bzw. in Luft.

In der DD-PS 132898 ist eine Anordnung beschrieben, bei der die Bimetallschnappscheiben in Flüssigkeitsbädern stufenweise erwärmt werden. Der Zustand der Bimetallschnappscheiben wird mittels mechanischer Kontakte kontrolliert. Neben der Störanfälligkeit der flüssigkeitsbenetzten mechanischen Kontakte sind bei dieser Anordnung die schädlichen Öldämpfe nachteilig. Andere bekannte Anordnungen verwenden anstelle des Öles temperierte Luft, wobei durch die räumlichen Temperaturschwankungen die notwendige Genauigkeit fehlt.

Bekannt ist entsprechend DD-PS 200257 ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der die Bimetallschnappscheiben mäanderförmig in eine Anzahl von Zweistufen-Flüssigkeitsbäder getaucht werden. Durch das abgestimmte Tauchen in Flüssigkeitsbäder mit unterschiedlicher Durchwirbelung wird eine hohe Meßgenauigkeit der Schnapptemperaturwerte erzielt.

Das notwendige Klemmen der Bimetallschnappscheiben behindert das Sprungverhalten, so daß eine exakte Bestimmung der Schnapptemperaturwerte mit Toleranzen kleiner als ±2 K nicht möglich ist.

Daneben wird in der DD-PS 132898 eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Bimetallschnappscheibe in der Arteines Heizwiderstandes erwärmt wird. Mittels Pyrometer und einer Auswerteelektronik wird die obere bzw. beim Abkühlen die untere Schnapptemperatur ermittelt und klassifiziert.

Nachteilig ist das zur Stromzuführung erforderliche Halten der Bimetallschnappscheiben. Die kraftschlüssige Halterung behindert das Sprungverhalten der Bimetallschnappscheiben, wodurch der wahre Schnapptemperaturwert nicht in der erforderlichen Genauigkeit erfaßt wird.

Bei all diesen Verfahren mit Öl oder Luft als Prüfmedium muß zur Realisierung einer hohen Temperaturkonstanz ein großer

Aufwand getrieben werden. Dazu gehört das Regeln von div. Ölbädern und die Steuerung der notwendigen Transporteinrichtung für die Bimetallscheiben. Auch bei der Verwendung von strömender Luft als Prüfmedium muß von großräumigen und umfangreichen steuerungs- und regelungstechnischen Anlagen ausgegangen werden. Zusätzlich ist bei der Ölsortierung die Umweltbelastung und bei strömender Luft der Geräuschpegel nachteilig.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Schnapptemperaturwerte von Thermobimetallschnappscheiben mit einfachen Mitteln und mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wobei der Meßaufbau ein Klammern der Thermobimetallschnappscheiben unnötig macht, klein in den Abmaßen ist und jegliche Umweltbelastung vermeidet.

Durch den Einsatz mikroelektronischer Regelung und Steuerung sowie rechnergestützter Auswertung ist eine Temperaturklassifizierungseinrichtung für die Massenproduktion von Thermobimetallschnappscheiben möglich.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Temperaturklassifizierung von Bimetallschnappscheiben zu schaffen, bei der die obere und untere Schnapptemperatur mit hoher Genauigkeit erfaßt wird.

Erfindungsgemäß befindet sich im Inneren einer Wärmemeßkammer ein linsenförmiger Hohlraum. In dieser genügend großen und gut wärmeleitfähigen metallischen Wärmemeßkammer, vorzugsweise in zylindrischer Form, aus Aluminium oder Kupfer ist der der Größe derThermobimetallschnappscheibe entsprechende linsenförmige Hohlraum mittig angeordnet, so daß eine hohe Temperaturkonstanz gegeben ist. In unmittelbarer Nähe des linsenförmigen Hohlraumes befindet sich ein Temperaturfühler.

Auf Grund der Temperaturkonstanz im Innern der Wärmemeßkammer entspricht die dort gemessene Temperatur die der Bimetallschnappscheibentemperatur im linsenförmigen Hohlraum. Der Temperaturfühler dient somit gleichzeitig zur Messung der Temperatur der Bimetallschnappscheibe und zur Regelung der Temperatur in der Wärmemeßkammer.

Zur Abfrage des Zustandes der sich im linsenförmigen Hohlraum befindlichen Bimetallscheibe ist im oberen Teil des linsenförmigen Hohlraumes eine winzige Öffnung vorhanden, durch die mittels Keramikstößel und Hebelarm die Wölbung der Bimetallscheibe registriert werden kann.

Die Erwärmung der Wärmemeßkammer erfolgt durch elektrische Heizung, die im einfachsten Fall eine Heizpatrone darstellt, vorzugsweise aber entsprechend dem zylindrischen Aussehen der Wärmemeßkammer kreisförmig angeordnet ist. Dadurch ist ein gleichmäßiges Erwärmen der Vorrichtung garantiert. Weiterhin ist zur Verhinderung von Wärmeverlusten die Oberfläche der zylindrischen Wärmemeßkammer mit einem wärmedämmenden Mantel umgeben.

Die Funktionsweise ist folgende:

In die offene Wärmemeßkammer wird die Bimetallschnappscheibe lose hineingelegt. Sofort nach dem Verschließen kann entsprechend der eingestellten Temperaturanstiegsgeschwindigkeit mittels einer elektronischen Regelung, bei der durch eine Führungsgröße die Temperatur linear hoch bzw. runter gefahren werden kann, die Wärmemeßkammer beheizt werden.

Die Bimetallscheibe erwärmt sich nun im linsenförmigen Hohlraum im Innern der zylindrischen Wärmemeßkammer. Die durch den Temperaturfühler gemessene Temperatur in unmittelbarer Nähe des linsenförmigen Hohlraumes entspricht auf Grund der Temperaturkonstanz im Innern der Wärmemeßkammer der momentanen Temperatur der Bimetallschnappscheibe. Der Zustand der Bimetallschnappscheibe wird vorzugsweise opto-elektronisch abgefragt. Über ein Lichtleitkabel (Glasfaserkabel) wird ein Lichtstrahl in den geschwärzten linsenförmigen Hohlraum geleitet. Der Lichtstrahl wird von der vor dem Schnappen im z.B.

konvexen Zustand befindlichen Bimetallschnappscheibe reflektiert und tritt durch ein zweites entsprechend angeordnetes Lichtleitkabel wieder aus dem Hohlraum aus.

Nach dem Umschnappen der Bimetallschnappscheibe in den konkaven Zustand tritt am zweiten Lichtleitkabel auf Grund der veränderten Reflexion eine eindeutig geringere Lichtmenge aus, so daß eine Auswerteelektronik diesen Umschnappvorgang erkennt. Die Elektronik erfaßt gleichzeitig die Änderungsgeschwindigkeft der Lichtmenge, wodurch sogenannte Schleichscheiben, die sich langsam vom konvexen in den konkaven Formzustand bewegen, ohne plötzlich umzuschnappen, erkannt werden. Mit dem Umschnappsignal wird die momentane Temperatur der Bimetallscheibe registriert und gleichzeitig die elektronische Heizungsregelung auf Abkühlung umgeschaltet. Dabei wird ebenfalls durch eine Führungsgröße die jeweilige Abkühlgeschwindigkeit eingehalten. Der Rückschnapptemperaturwert wird analog der oben beschriebenen Art und Weise registriert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Schnitt durch die Wärmemeßkammer zur Bestimmung der Schnapptemperatur einer Bimetallschnappscheibe

Fig. 2: wie Fig. 1, aber mit Hebelvorrichtung und Lichtschranke zur Registrierung des Schnappvorganges

Fig. 3: wie Fig. 1, aber mit Stößel zur Auf nähme der Kennlinien von Bimetallschnappscheiben

Fig.4: Prinzip einer rechnergestützten Temperaturklassifizierung mit Wärmeofenkarussell

Fig.5: Kennlinie einer Bimetallschnappscheibe bei Einwirkung einer Gegenkraft.

In Fig. 1 ist die Wärmemeßkammer im Schnitt dargestellt. Die aus zwei Hälften bestehende zylindrische Wärmemeßkammer (1) enthält den mittig angeordneten linsenförmigen Hohlraum (2). Zum geschwärzten Hohlraum führen zwei Lichtleitkabel (8; 9). Das Licht kommt vom Sender über das Lichtleitkabel (8), wird von der Bimetallscheibe reflektiert und gelangt über das Lichtleitkabel (9) zum Empfänger der optoelektronischen Auswerteeinheit. Zum Hineinlegen der sich im konkaven Zustand befindlichen Bimetallschnappscheibe (6) werden die beiden Hälften des Ofens über die Klappvorrichtung (13) aufgeklappt. Der Temperaturfühler (5) liegt in unmittelbarer Nähe des linsenförmigen Hohlraumes (2) und innerhalb des Gebietes mit hoher Temperaturkonstanz (3). Im unteren Teil der Wärmemeßkammer befindet sich die flächenförmige elektrische Heizung (4). Zwecks geringer Wärmeverluste ist die gesamte zylindrische Wärmemeßkammer (1) von einem wärmedämmenden Mantel (7) umgeben.

Figur 2 zeigt die Wärmemeßkammer aus Fig. 1, wobei anstelle der Zustandsabfrage die Bimetallschnappscheibe über Lichtleitkabel eine Hebelvorrichtung mit Lichtschranke verwandt wird. Die ist notwendig bei Ofentemperatur über 120°C, da Lichtleitkabel nicht beliebig hoch thermisch belastet werden können. Bei dieser Art der Abfrage steht ein Keramikstößel (10) entsprechender Länge auf der Bimetallschnappscheibe (6). Schnappt die Bimetallschnappscheibe, so bewegt sich der auf dem Keramikstößel (10) ruhende Hebelarm (11) aus dem Bereich der Lichtschranke (12), so daß eine eindeutige Zustandsänderung erkannt wird.

Aufgenommene Kennlinien von Bimetallschnappscheiben haben gezeigt, daß geringe Krafteinwirkungen auf die Bimetallscheibe keine großen Schnapptemperaturverschiebungen ergeben.

Figur 5 zeigt eine derartige Kennlinie einer Bimetallschnappscheibe ohne Gegenkraft bzw. mit Gegenkraft. Es zeigt sich, daß durchschnittlich 1 K/20 ρ Schnapptemperaturverschiebung entstehen. Daher ist die Hebelvorrichtung, bestehend aus Hebelarm

(11) und Keramikstößel (10) nicht schwerer als max. 5 p, was eine durchschnittliche Schnapptemperaturverschiebung von ca.

0,25 K hervorruft.

In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Wärmemeßkammer aus Fig. 1 dargestellt, mit der es möglich ist. Kennlinien von Bimetallschnappscheiben aufzunehmen. Dazu steht ein leichter und wärmebeständiger Meßstift (14) auf der Bimetallschnappscheibe (6), der die Verformung der Bimetallschnappscheibe beim Erwärmen bzw. Abkühlen kraftlos auf ein Präzisionslängenmeßgerät überträgt. Die analogen Meßwerte des Präzisionslängenmeßgerätes und des Temperaturfühlers ergeben dann auf einen XY-Koordinatenschreiber die Kennlinie einer Bimetallschnappscheibe.

In Fig.4 ist das Prinzip einer rechnergestützten Temperaturklassifizierung von Bimetallschnappscheiben dargestellt. Auf einem Wärmeofenkarussell (15) sind diverse Wärmemeßkammern mit Temperaturregelung und Zustandsauswertung (16) der Bimetallscheibe montiert. An einer Station I gelangen die Bimetallschnappscheiben nacheinander in die Wärmemeßkammern.

Während des Umlaufes der Wärmemeßkammern wird die obere bzw. untere Schnapptemperatur der Scheiben im Rechner gespeichert. Auf einem Bildschirm kann gleichzeitig eine statistische Auswertung der Schnapptemperaturen erfolgen, um somit die Prägeparameter der Bimetallschnappscheiben notfalls zu korrigieren. An einer Station Il werden die Bimetallscheiben entnommen und in die vom Rechner angesteuerte und vorher programmierte Toleranzklasse einsortiert.

Untersuchungen bei der Aufnahme von Kennlinien der Bimetallschnappscheiben mittels Wärmemeßkammer zeigten, daß ein Einpegeln der Temperatur nicht notwendig ist, da durch die gute Wärmeleitfähigkeit und die Temperaturkonstanz im Innern der Wärmemeßkammer Unterschiede zwischen derTemperatur der Bimetallschnappscheibe und der Temperatur im Innern der Wärmemeßkammer vernachlässigbar sind.

Daher ist es möglich, bei der Ermittlung der Schnapptemperaturen der Bimetallschnappscheiben die jeweiligen einsatzspezifischen Temperaturanstiegs- und Temperaturabkühlgeschwindigkeiten zu verwenden. Dadurch entfällt die Anpassung zwischen Bimetallschnappscheibe und Thermoschalter zugunsten von Thermoschaltern mit engen Temperaturtoleranzen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Temperaturklassifizierung von Thermobimetallschnappscheiben nach ihren oberen und unteren Schnapptemperaturen mittels Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmemeßkammer zur Bestimmung der Schnapptemperaturen, bestehend aus einem gut wärmeleitfähigen metallischen Körper in vorzugsweise zylindrischer Form (1) mit einem wärmedämmenden Mantel (7), vorgesehen ist, in deren Inneren sich ein linsenförmiger Hohlraum (2) mit einem Gebiet hoher Temperaturkonstanz (3) für die frei bewegliche Thermobimetallschnappscheibe (6) befindet und daß dort ein Temperaturfühler (5) und eine Zustandsauswertung mit Keramikstößel (10) und Hebelarm (11) für die Thermobimetallschnappscheibe angeordnet ist, wobei sich im Boden eine kreisförmige elektrische Heizung (4) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zustandsauswertung zwei Lichtleitkabel (8,9) in einem entsprechenden Winkel zueinander derart angeordnet sind, daß der Lichtstrahl aus dem einen Lichtleitkabel (8) von der Bimetallscheibe (6) reflektiert wird und in das zweite Lichtleitkabel (9) eintritt, wobei der linsenförmige Hohlraum (2) geschwärzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einem Wärmeofenkarussell (15) eine Anzahl von Wärmemeßkammern mit Temperaturregelung und Zustandsauswertung (16) befinden, wobei die zyklische Speicherabfrage der Temperatur in den Wärmemeßkammern bzw. des Zustandes der Bimetallschnappscheiben in Verbindung mit einem zum Wärmeofenkarussell gehörenden Kleinrechner erfolgt und daß der Kleinrechner neben der Steuerung des Wärmeofenkarussells auch für die Temperaturklassifizierung in einzelnen Toleranzgruppen sowie einer Bildschirmauswertung vorgesehen ist.