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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bügel/Bimetallverbindung eines
Bimetall-Temperaturreglers
und ein Verfahren zur Herstellung einer Bügel/Bimetallverbindung eines
Bimetalltemperaturreglers.
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Aus
dem Stand der Technik sind Temperaturregler mit Bimetallstreifen
hinlänglich
bekannt. Eine schematische Darstellung eines herkömmlichen
Bimetallreglers ist in 1 dargestellt.
Ein herkömmlicher
Temperaturregler 1 umfaßt im allgemeinen einen S-förmigen Befestigungsbügel 11,
an dem ein Betätigungselement 12 angeordnet
ist, das über
einen ersten Stift 13 auf eine Federkombination 14 wirkt,
die ein Schaltelement 16 auslöst, das mit Kontakten 17 elektrisch
verbunden ist, die von einem Isolierelement 18 gehalten
werden, das ebenfalls an dem Bügel 11 angeordnet
ist.
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Der
Befestigungsbügel 11 umfaßt außerdem an
seinem einen Ende eine Befestigungsbohrung 102 über die
der Temperaturregler 1 an einem Anwendungsgerät befestigt
werden kann. An diesem Ende des Bügels 11 ist ein Bimetall 10 an
dem Bügel 11 angeordnet
und mit dem Bügel 11 verbunden,
das ebenfalls die Befestigungsbohrung 102 aufweist, und das über einen
zweiten Stift 15 auf die Federkombination 14 wirkt,
die das Schaltelement 16 schaltet. Das Bimetallelement 10 ist
demnach mit seinem freien Ende 104 über den isolierenden zweiten
Stift 15 mit der stromführenden
als Schaltfeder wirkenden Federkombination 14 verbunden
und überträgt seine thermische
Krümmung
auf die Federkombination 14.
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Es
ist bekannt, daß die
Verbindung von Bügel 11 und
Bimetallelement 10 mittels vier Schweißpunkten durch Widerstandsschweißung ausgeführt werden
kann. Hierbei sind bei einem herkömmlichen Temperaturregler 1 die
Schweißpunkte 101 konzentrisch
um die Befestigungsbohrung 102 des Bimetalls 10/Befestigungsbügels 11 derart
angeordnet, daß jeweils
zwei Schweißstellen 101, 101' in einer Linie
nebeneinander dem freien Ende des Bimetallelements 12 zu-
bzw. abgewandt sind.
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Die
beiden Schweißpunkte 101', die dem freien
Ende des Bimetallelements 10 zugewandt sind liegen jedoch
nachteilhaft in der Nähe
des Materialquerschnitts des Bimetallelements 10, das die
größte Biegespannung
erfährt,
wenn sich das Bimetallelement durch Erwärmung ausbiegt bzw. krümmt, wobei außerdem eine
mechanische Kraft auf das freie Ende 104 des Bimetallelements 10 zum
Beispiel durch die Federkombination 14 wirkt. Hierbei erfährt durch
die Schweißung
das Material des Bimetallelements 10 an dieser Stelle eine
thermische sowie mechanische Beeinflussung, so daß sich die
zulässigen
Biegespannungen durch Relaxation des Materials sowie durch Querschnittsschwächung absenken.
Die nachteilhafte Folge davon ist eine Veränderung der maximalen sowohl
thermischen als auch mechanischen Belastungsfähigkeit des Bimetallelements 10 sowie außerdem eine
kontinuierliche Veränderung
der Belastungsfähigkeit
des Bimetallelements 10 im Langzeitverhalten mit der Folge
einer Drift des Schaltverhaltens.
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Diesem
Effekt kann begegnet werden, indem entweder der Materialquerschnitt
des Bimetallelements 10 vergrößert wird oder ein Material
mit geeigneten höheren
Eigenschaften des Elastizitätsmoduls bzw.
der zulässigen
Biegespannungen ausgewählt und
verwendet wird.
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Für bestimmte
Anwendungen ist es jedoch notwendig ein Bimetallelement einzusetzen,
das mit einer Zwischenschicht aus Kupfer zwischen den beiden Metallkomponenten
ausgelegt ist. Insbesondere diese Materialpaarung ist jedoch für den vorstehend beschriebenen
Schweißprozeß kritisch,
da die Kupferkomponente eine erhebliche Absenkung der Festigkeitswerte
unter Temperatureinfluß bewirkt.
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Hierbei
ist die Dicke der Kupferschicht für den Grad der Veränderung
von Bedeutung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher eine verbesserte Bügel/Bimetallverbindung
für einen
Temperaturregler bereitzustellen, die die vorstehend genannten Nachteile
des Standes der Technik beseitigt und die es gestattet auch ein
Bimetallelement mit einer gegenüber
einem Schweißverfahren sensiblen
Materialpaarung bereitzustellen. Weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Bügel/Bimetallverbindung
bereitzustellen, das die vorstehend genannten Nachteile des Standes
der Technik beseitigt und es gestattet auch ein Bimetallelement
auszuwählen,
das eine gegenüber
einem Schweißverfahren
sensible Materialpaarung umfaßt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch
1 und 13 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung sind in den Merkmalen der Unteransprüche und/oder
der nachfolgenden Beschreibung genannt, die von schematischen Zeichnungen
begleitet ist.
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Hierzu
zeigt:
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1a eine
schematische perspektivische Darstellung eines herkömmlichen
Temperaturreglers,
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1b den
Temperaturregler von 1 aus einer anderen
Perspektive und
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1c eine
Draufsicht auf den Temperaturregler von 1a und 1b;
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2a eine
schematische perspektivische Darstellung eines Temperaturreglers
mit einer erfindungsgemäßen Bügel/Bimetallverbindung,
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2b den
Temperaturregler von 2a aus einer anderen Perspektive
und
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2c den
Temperaturregler von 2a und 2b von
oben und
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3 eine
Seitenansicht des Temperaturreglers von 2.
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Eine
erfindungsgemäße Bügel/Bimetallverbindung
für einen
Temperaturregler umfaßt
insbesondere ein Bimetallelement, das mit einem Befestigungsbügel verbunden
ist, wobei das Bimetallelement über
einen Stift auf eine Federkombination wirkt, die ein Schaltelement
auslöst
und der Bügel
ein Betätigungselement
trägt,
das über
einen Stift ebenfalls auf die Federkombination wirkt, wobei an der Verbindungsstelle
von Bimetallelement und Bügel das
Bimetallelement lediglich außerhalb
seines Biegebereiches mit dem Bügel
fest verbunden ist, so daß durch
die Verbindung von Bimetallelement und Bügel keine Querschnittsveränderung
des Bimetallelements in seinem Biegebereich vorliegt.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfaßt
das Bimetallelement hierbei ein Bimetall mit einer Kupferzwischenlage zwischen
seiner aktiven und passiven Schicht, wobei die Kupferzwischenlage
vorteilhaft in einer Größenordnung
von 10 bis 60% der Gesamtdicke des Bimetallelements vorliegt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
sind der Befestigungsbügel
und das Bimetallelement an ihrer Verbindungsstelle miteinander verschweißt, wobei
die Verschweißung
insbesondere vorteilhaft mittels Laserschweißen oder Widerstandsschweissen
bereitgestellt sein kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhafte Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfaßt
die Verbindungsstelle von Befestigungsbügel und Bimetallelement eine
Befestigungsbohrung zur Befestigung des Temperaturschalters an einem
Anwendungsgerät,
wobei wenigstens ein Schweißpunkt
zur Verbindung des Bimetallelements mit dem Befestigungsbügel an einer Position
vorgesehen ist, die von dem Biegebereich und insbesondere von dem
Bereich beabstandet ist, in dem das Bimetall die größte Biegespannung
erfährt,
wobei die Befestigungsbohrung vorteilhaft zwischen Biegebereich
und Schweißpunkt
angeordnet ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist das Bimetall derart an dem Befestigungsbügel angeordnet und mit dem
Befestigungsbügel
verbunden, daß die
passive Metallseite die Schweißseite
des Bimetallelements bildet, wobei insbesondere vorteilhaft die
Materialdicke der passiven Seite gleich groß oder größer als die Materialdicke der
aktiven Seite sein kann.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
sind der Bügel
und das Bimetallelement derart miteinander verschweißt, daß sie an
ihrer Verbindungsstelle etwa 0 mm bis 0.1 mm voneinander beabstandet
sind, wobei insbesondere vorteilhaft der Bügel und das Bimetallelement ohne
Luftspalt Bündig
aufeinander liegen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist die Verbindung von Bimetallelement und Bügel vorteilhaft mittels Laserschweißung oder
Widerstandsschweißung
außerhalb
des Bereichs der größten Biegespannung
des Bimetalls ausgebildet.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist die Verbindung von Bimetallelement und Bügel als Nahtschweißung außerhalb
des Bereichs der größten Biegespannung des
Bimetallelements zwischen Bimetallelement und Bügel ausgebildet, wobei klar
ist, daß auch
eine Kombination mit der vorstehend genannten Punktschweißung eine
weiter verstärkte
Verbindung bereitstellen kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem insbesondere ein Verfahren
zur Verbindung eines Bügels
und eines Bimetallelements bei der Herstellung eines Temperaturreglers,
das es gestattet, die vorstehend genannten Merkmale einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Bügel/Bimetallverbindung
für einen
Temperaturregler bereitzustellen, wobei insbesondere der Bügel und
das Bimetallelement nur an wenigstens einer Position außerhalb
des Biegebereichs und insbesondere außerhalb des Bereichs der größten Biegespannung
des Bimetallelements miteinander verschweißt werden.
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Mittels
den vorstehend genannten Ausführungen
der vorliegenden Erfindung kann zuverlässig eine Bügel/Bimetallverbindung eines
Temperaturreglers bereitgestellt werden, bei der trotz einer Schweißverbindung
von Bügel
und Bimetall das Material des Bimetalls keine thermische oder mechanische
Beeinflussung durch eine Schweißverbindung erfährt, wonach
auch die zulässigen
Biegespannungen durch Relaxation des Materials sowie durch Querschnittsschwächung nicht
absinken, und wonach außerdem
die maximale sowohl thermische als auch mechanische Belastungsfähigkeit
keine Veränderung
erfährt
und außerdem
keine kontinuierliche Veränderung
der Belastungsfähigkeit
im Langzeitverhalten auftritt und demnach auch keine Drift der Schaltpunkte
auftritt.
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Mittels
der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Bügel/Bimetallverbindung und
dem vorstehend genannten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
einer Bügel/Bimetallverbindung für einen
Temperaturregler ist es außerdem
vorteilhaft möglich
ein Bimetall mit einer für
einen Schweißprozeß sensiblen
Materialpaarung und insbesondere ein Bimetall mit einer Zwischenschicht
aus Kupfer zu verwenden.
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Ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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2a zeigt
eine schematische perspektivische Darstellung eines Temperaturreglers 2 mit
einer erfindungsgemäßen Bügel/Bimetallverbindung, 2b zeigt
den Temperaturregler 2 von 2a aus einer
anderen Perspektive, und 2c zeigt
den Temperaturregler von 2a und 2b von
oben, und 3 zeigt eine schematische Seitenansicht des
Temperaturreglers von 2.
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Der
in den 2 und 3 dargestellte Temperaturregler 2 mit
der erfindungsgemäßen Bügel/Bimetallverbindung
umfaßt
einen Befestigungsbügel 21,
der mit einem Bimetallelement 20 verbunden ist, wobei der
Befestigungsbügel 21 auf
geeignete Weise gebogen ist, und wobei an dem Befestigungsbügel 21 ein
Betätigungselement 22 angeordnet
ist, das über
einen ersten Stift 23 auf eine Federkombination 24 wirkt,
die ein Schaltelement 26 auslöst, das mit Kontakten 27 elektrisch
verbunden ist, die von einem Isolierelement 28 gehalten
werden, das ebenfalls an dem Bügel 21 angeordnet
ist.
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Der
Befestigungsbügel 21 umfaßt außerdem an
seinem einen Ende eine Befestigungsbohrung 202 über die
der Temperaturregler 2 an einem Anwendungsgerät befestigt
werden kann. An diesem Ende des Befestigungsbügels 21 ist ein Bimetall 20 an
dem Bügel 21 angeordnet
und mit dem Bügel 21 verbunden,
wobei das Bimetall 20 ebenfalls die Befestigungsbohrung 202 aufweist,
und wobei das Bimetallelement 20 über einen zweiten isolierenden Stift 25 auf
die Federkombination 24 wirkt, die das Schaltelement 26 schaltet.
Hierbei ist das Bimetallelement 20 mit seinem freien Ende 204 über den
isolierenden zweiten Stift 25 mit der stromführenden
als Schaltfeder wirkenden Federkombination 24 verbunden
und überträgt seine
thermische Krümmung
auf die Federkombination 24.
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Erfindungsgemäß ist das
Bimetallelement 20 mittels Schweißverbindung mit dem Befestigungsbügel 21 verbunden
und zwar insbesondere vorteilhaft mittels Laserschweißverfahren
oder Widerstandsschweißen
und außerdem
insbesondere vorteilhaft mittels Schweißpunkten 201, die
von dem Biegebereich des Bimetallelements derart beabstandet sind, daß durch
die Verbindung von Bimetallelement und Befestigungsbügel keine
Querschnittsveränderung des
Bimetallelements in seinem Biegebereich vorliegt und insbesondere
kein Einfluss der Schweißverbindung
auf den Bereich der größten Biegespannung 203 des
Bimetallelements 20 auftritt, der unmittelbar in der Nähe der Verbindung
von Bimetallelement 20 und Befestigungsbügel 21 liegt
und gegenüber
dem freien Ende 204 des Bimetallelements 20 liegt.
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Alternativ
und/oder zusätzlich
zu dem vorstehend beschriebenen wenigstens einem Schweißpunkt 201,
der vorteilhaft und erfindungsgemäß aus Sicht des freien Endes
des Bimetallelements 204 und dem Bereich der größten Biegespannung 203 des Bimetallelements 20 gegenüber der
Befestigungsbohrung 202 angeordnet ist, kann außerdem und/oder zusätzlich vorteilhaft
eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Nahtschweißung an
dem Befestigungsende zwischen dem Bimetallelement 20 und
dem Befestigungsbügel 21 zur
Befestigung des Bimetallelements 20 an dem Bügel 21 ausgebildet
sein.
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Wie
vorstehend gesagt ist mit einer vorteilhaften Ausführung der
vorliegenden Erfindung nach 2 und 3 eine
Bügel/Bimetallverbindung
eines Temperaturreglers bereitgestellt, die es ermöglicht auch
eine Schweißverbindung
auch eines Bimetalls mit einer auch für einen Schweißprozeß sensiblen
Materialpaarung zu verwenden, ohne daß durch das Schweißen nachteilige
Effekte, insbesondere auf die thermische und mechanische Belastungsfähigkeit
und das Langzeitverhalten des Bimertallelements auftritt.
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- 1
- Temperaturregler
- 10
- Bimetall
- 101,
101'
- Schweißpunkte
- 102
- Befestigungsbohrung
- 103
- Biegebereich
- 104
- Freies
Ende
- 11
- Bügel
- 12
- Betätigungselement
- 13
- erster
Stift
- 14
- Federkombination
- 15
- zweiter
Stift
- 16
- Schaltelement
- 17
- Kontakte
- 18
- Isolierelement
- 2
- Temperaturregler
- 20
- Bimetall
- 201
- Schweißpunkte
- 202
- Befestigungsbohrung
- 203
- Biegebereich
- 204
- Freies
Ende
- 21
- Bügel
- 22
- Betätigungselement
- 23
- erster
Stift
- 24
- Federkombination
- 25
- zweiter
Stift
- 26
- Schaltelement
- 27
- Kontakte
- 28
- Isolierelement