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Die Erfindung betrifft Temperaturregler gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
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Temperaturregler dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekannt und kommen u.a. bei elektrischen Kochfeldern und dabei speziell bei Glaskeramik-Kochfeldern zum Einsatz, und zwar zur Steuerung oder Regelung des elektrischen Heizelementes eines Kochfeldes. Speziell auch bei diesen Anwendungen weisen die Temperaturregler in der Regel wenigstens zwei elektrische Schaltsysteme mit unterschiedlichen Schalttemperaturen, d.h. Schaltpunkten aufweisen. Ein Schaltsystem dient dabei als Überlastungs- oder Übertemperaturschutz für das elektrische Heizelement und weist einen Schaltpunkt zwischen etwa 500°C bis 600°C auf. Das zweite Schaltsystem dient zur Steuerung einer Restwärme-Warnanzeige und besitzt einen Schaltpunkt bei etwa 50°C bis 80°C, d.h. dieses weitere Schaltsystem bewirkt ab diesem Schaltpunkt das Aktivieren der Restwärme-Warnanzeige. Jedes Schaltsystem umfasst u.a. eine Schaltfederbasis und wenigstens eine mit einem Ende an der Schaltfederbasis befestigte Schaltfeder mit Federkontakt, der mit einem ortsfesten Kontakt zusammenwirkt.
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Bekannt ist auch, den Schaltpunkt, insbesondere des zweiten Schaltsystems durch Verlagerung seiner Schaltfederbasis einzustellen, und zwar über von Einstell- oder Madenschrauben gebildete Einstell- und Justierelemente (
GB 2 175 141 A ), oder aber dadurch, dass die an einem Ende fixierte, d.h. nicht verlagerbar in einem Temperaturreglergehäuse befestigte Schaltfederbasis durch Verbiegen verlagert wird (
EP 2 287 877 A1 ). Im letzten Fall muss die getroffene Einstellung der Schaltfederbasis nach der Justierung in einem weiteren Verfahrensschritt fixiert werden, und zwar durch Anschweißen eines an der Schaltfederbasis ausgebildeten Arretierungsarms an einem Halteteil des Temperaturreglergehäuses.
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Die bekannten Temperaturregler erfordern ein relativ aufwendiges Verfahren beim Justieren, da drehende Bewegungen und Justierwerkzeuge oder ein zusätzliches Arretieren durch Anschweißen eines Arretierungsarms erforderlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperaturregler aufzuzeigen, welcher bei vereinfachter konstruktiver Ausbildung eine vereinfachte Justierung mit hoher Präzision ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Temperaturregler entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Temperaturregler ebenfalls zwei Schaltsysteme auf, wobei dann bevorzugt ein Schaltsystem, beispielsweise das Schaltsystem, welches den niedrigeren Schaltpunkt aufweist und beispielsweise zur Steuerung der Restwärme-Warnanzeige dient, durch Verlagerung seiner Schaltfederbasis mit dem Justierelement justiert wird.
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Die Justierung durch bleibendes Verformen des Justierelementes kann in einfacher Weise durch lineare oder translatorische Bewegungen erfolgen, und zwar unter Verwendung von Einrichtungen oder Positioniersystemen mit denen die translatorische Bewegung beim Justieren mit hoher Genauigkeit überwacht und/oder gesteuert wird. Ein zusätzliches Fixieren der jeweils getroffenen Einstellung ist nicht erforderlich.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bzw. „ca.“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht einen Temperaturregler gemäß der Erfindung;
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2 in Einzeldarstellung und in Seitenansicht ein Vorspann- oder Justierelement des Temperaturreglers der 1;
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3 in vergrößerter Teildarstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Temperaturreglers.
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Der in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Temperaturregler ist beispielsweise für einen Einsatz in einem elektrischen Kochfeld, z.B. in einem elektrischen Glas-Keramik-Kochfeld bestimmt und weist hierfür zwei über einen stabförmigen Temperaturfühler 2 temperaturabhängig gesteuerte oder betätigte elektrische Schaltsysteme 3 und 4 auf. Von diesen weist ein erstes Schaltsystem 3, das beispielsweise als Schutz für eine Überhitzung des Kochfeldes bzw. des betreffenden elektrischen Heizelementes dient, einen Schaltpunkt z.B. im Bereich zwischen 500°C und 600°C auf, d.h. bei Erreichen dieses Schaltpunktes unterbricht das Schaltsystem 3 den elektrischen Stromfluss an das Heizelement. Das zweite Schaltsystem 4 dient beispielsweise zur Steuerung oder zum Schalten einer Restwärme-Warnanzeige des Kochfeldes und weist einen Schaltpunkt z.B. zwischen 50°C und 80°C auf, d.h. erst bei einer unter diesen Schaltpunkt liegenden Temperatur öffnet das zweite Schaltsystem 4.
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Im Detail besteht der Temperaturregler 1 aus einem Temperaturreglergehäuse 5, welches zumindest in solchen Teilbereichen, in denen eine elektrische Isolation erforderliche ist, aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. aus Keramik hergestellt ist und über dessen Außenseite der stabförmige Temperaturfühler 2 wegsteht. Letzterer ist in bekannter Weise von einem stabförmigen Ausdehnungselement 6 und einem Rohrstück 7 gebildet, welch letzteres das stabförmige Ausdehnungselement 6 derart umschließt, dass eine Relativbewegung des Ausdehnungselementes 6 innerhalb des Rohrstücks 7 möglich ist. An einem Ende ist das Rohrstück 7 am Temperaturreglergehäuse 5 fixiert. Am anderen, dem Temperaturreglergehäuse 5 entfernt liegenden Ende des Temperaturfühlers 2 sind das in das Ausdehnungselement 6 und das Rohrstück 7 miteinander verbunden. Das stabförmige Ausdehnungselement 6 erstreckt sich in das Innere des Temperaturreglergehäuses 5 hinein und wirkt dort mit den Schaltsystemen 3 und 4 zusammen, und zwar über ein auf das freie untere Ende des Ausdehnungselementes 6 aufgesetztes Betätigungselement 8. Die Materialien für das Ausdehnungselement 6 und für das Rohrstück 7 sind so gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des stabförmigen Ausdehnungselementes 6 deutlich größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Rohrstücks 7.
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Das Schaltsystem 3 besteht im Wesentlichen aus einer als langgestreckte Zunge ausgebildeten Schaltfederbasis 9, die aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und mit ihrer Längserstreckung quer oder senkrecht zu einer Achse AT des stabförmigen Temperaturfühlers 2 orientiert an ihren Enden bei 10 im Temperaturreglergehäuse 5 fixiert ist. Ein Ende der Schaltfederbasis 9 ist mit einem elektrischen Anschluss 11 verbunden. Das Schaltsystem 3 umfasst weiterhin eine Schaltfeder 12, die sich an der dem Temperaturfühler 2 zugewandten Seite der Schaltfederbasis 9 angeordnet nahezu über die gesamte Länge der Schaltfederbasis 9 erstreckt und mit einem Ende in der Nähe eines Endes der Schaltfederbasis 9 an dieser befestigt ist. Die Schaltfeder 12 weist an ihrem anderen Ende einen Schalt- oder Federkontakt 13 auf, der mit einem ortsfesten, am Temperaturreglergehäuse 5 vorgesehenen und mit einem elektrischen Anschluss 15 verbundenen Kontakt 14 zusammenwirkt. Die beiden aus dem Temperaturreglergehäuse 5 herausgeführten elektrischen Anschlüsse 11 und 15 bilden die Anschlüsse des Schaltsystems 3 und sind z.B. Bestandteil eines Stromkreises zur Versorgung des Heizelementes des Kochfeldes. Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, dass sich die Schaltfeder 12 sich im Normalzustand, d.h. in ihrem durch den Temperaturfühler nicht betätigten Zustand in ihrer das Schaltsystem 3 schließenden Stellung befindet, in der der Federkontakt 13 gegen den ortsfesten Kontakt 14 anliegt, und die Schaltfeder 12 erst bei Erreichen der dem Schaltpunkt entsprechenden Temperatur das Schaltsystem 3 durch Wegbewegen oder Verlagern des Federkontaktes 13 vom Kontakt 14 öffnet. Hierfür wirkt das Betätigungselement 8 auf die Schaltfeder 12 im Sinne eines Annäherns dieser Feder an die Federbasis 9 ein.
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Das Schaltsystem 4 umfasst eine Federbasis 16, die wiederum zungenartig oder langgestreckt aus einem metallischen Werkstoff mit Federeigenschaften gefertigt und mit ihrer Längserstreckung quer oder senkrecht zu der Achse AT orientiert ist. Die Federbasis 16 ist nur an einem Ende 16.1 bei 17 am Temperaturreglergehäuse 5 fixiert und dort mit einem elektrischen, aus dem Temperaturreglergehäuse 5 herausgeführten Anschluss 18 verbunden. In der Nähe des anderen, der Befestigung 17 entfernt liegenden Endes 16.2 ist das eine Ende einer zweiten Schaltfeder 19 bei 20 an der Federbasis 16 befestigt. Die Schaltfeder 19 befindet sich an der dem Temperatursensor 2 abgewandten Seite der Schaltfederbasis 16 und weist an ihrem freien Ende einen Federkontakt 21 auf, der mit einem am Temperaturreglergehäuse 5 vorgesehenen und mit einem elektrischen Anschluss 23 verbundenen festen Kontakt 22 zusammenwirkt.
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Die beiden Anschlüsse 18 und 23 bilden die Anschlüsse des Schaltsystems 4. Letzteres ist so ausgebildet, dass nach dem Justieren des Temperaturreglers 1 bzw. des Schaltsystems 4 dieses im Ausgangszustand geöffnet ist, d.h. die Schaltfeder 19 durch das Betätigungselement 8 soweit ausgelenkt bzw. auf ihre Schaltfederbasis 16 zu bewegt ist, dass der Federkontakt 21 von dem ortfesten Kontakt 22 beabstandet ist. Erst ab einer Temperatur am Temperaturfühler 2, die wenigstens dem Schaltpunkt des Schaltsystems 4 entspricht, ist das Schaltsystems 4 geschlossen, d.h. der Federkontakt 21 liegt gegen den Kontakt 22 an.
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Das stabförmige Ausdehnungselement 6 erstreckt sich durch die Schaltfederbasis 16 und die Schaltfeder 19 hindurch. Das auf das untere Ende des Ausdehnungselementes 6 aufgesetzte Betätigungselement 8 befindet sich zwischen den beiden Schaltfedern 12 und 19. Letztere bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden und für Schaltfedern geeigneten metallischen Material und sind außerdem jeweils für eine Schnappbewegung bzw. für ein schnelles Öffnen und Schließen der Schaltsysteme 3 und 4 ausgebildet.
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Mit 8.1 ist eine Feder bezeichnet, die auf das in der 1 untere Ende des Betätigungselementes 8 einwirkt und das Betätigungselement 8 durch eine axiale und bei der Darstellung der 1 nach oben wirkende Federkraft auf dem stabförmigen Ausdehnungselement 6 sichert.
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Die Besonderheit des Temperaturreglers 1 besteht in dem Vorspann- oder Justierelement 24 für die Schaltfederbasis 16, welches laschen- oder streifenförmig aus einem bleibend verformbaren Werkstoff, beispielsweise Metall gefertigt ist und mit einem Abschnitt oder Ende 24.1 an einem Bereich 5.1 des Temperaturreglergehäuses 5 beispielsweise durch Klemmen fixiert ist und mit seinem anderen Abschnitt oder Ende 24.2 auf das der Befestigung 17 entfernt liegende und damit der Befestigung 20 benachbarte Ende der Schaltfederbasis 16 einwirkt.
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Im Detail ist das Justierelement 24 bei der dargestellten Ausführungsform so ausgeführt, dass es zwischen seinen beiden Enden 24.1 und 24.2 einen gewölbten Bereich 24.3 aufweist, der bei der dargestellten Ausführungsform winkel- oder V-förmig ausgeführt ist, und zwar mit zwei einen Winkel von wenigstens 90°, vorzugsweise einen Winkel größer als 90° miteinander einschließenden Schenkeln 24.3.1 und 24.3.2 und mit einem diese Schenkel verbindenden Abschnitt 24.3.3.
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Durch eine bleibende Verformung des Justierelementes 24 senkrecht zu seinen Oberflächenseiten am Bereich 24.3 sind eine Änderung des Abstandes zwischen den Enden 24.1 und 24.2 und damit eine Verlagerung des Endes 16.2 der Schaltfederbasis 16 sowie eine Justierung des Schaltpunktes des Schaltsystems 4 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise möglich. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt diese Justierung durch teilweises Rückformen der Wölbung des Bereichs 24.3 mit einem auf die konvexe Seite einwirkenden Justierstempel 25 unter Vergrößerung des Abstandes zwischen den Enden 24.1 und 24.2, wobei das freie Ende 16.2 der Schaltfederbasis 16 gegen die Eigenelastizität dieser Basis in Richtung des Pfeiles A, d.h. in Richtung auf das Betätigungselement 8 hin bewegt wird. Das Justierelement 24 liegt mit seinem Ende 24.2 lediglich gegen die dem Temperaturfühler 2 zugewandte Oberseite der Schaltfederbasis 16 an.
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Die Justierung des Schaltpunktes des ersten Schaltsystems 3 erfolgt üblicherweise durch Bewegen des stabförmigen Ausdehnungselementes 6 um einen erforderlichen, dem gewünschten Schaltpunkt entsprechenden Einstell- oder Justierhub und durch anschließendes Fixieren des stabförmigen Ausdehnungselementes 6 am Rohrstück 7. Nach der Justierung des Schaltpunktes des ersten Schaltsystems 3 befindet sich auch das noch nicht justierte Schaltsystem 4 in einem geschlossenen Zustand, obwohl die Temperatur am Temperaturfühler 2 unter dem Schaltpunkt des Schaltsystems 4 liegt.
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Zur Justierung des Schaltpunktes des Schaltsystems 4 wird der Temperaturregler 1 mit seinem Temperaturreglergehäuse 5 in einer Justiervorrichtung eingespannt und mit Hilfe des Justierstempels 25 wird der gewölbte Bereich 24.3 des Justierelementes 24 unter Vergrößerung des Abstandes zwischen den Enden 24.1 und 24.2 solange durch Vorbewegen des Justierstempels 25 verformt, bis das Schaltsystem 4 öffnet, d.h. der Federkontakt 21 vom Kontakt 22 abhebt, was problemlos mit einem elektrischen Kontakttest bzw. mit einem an die Anschlüsse 18 und 23 angeschlossenen elektrischen Messkreis erfasst und/oder gesteuert werden kann. Sobald das Schaltsystem 4 öffnet, wird die aktuelle Position des Justierstempels 25 gespeichert. Der Justierstempels 25 wird zurückbewegt und es wird überprüft, ob das Schaltsystem 4 weiterhin geöffnet bleibt. Da stets auch ein elastischer Anteil beim Rückformen der Wölbung des gewölbten Bereiches 24.3 auftritt, führt das Rückbewegen des Justierstempels 25 in der Regel wieder zu einem Schließen des Schaltsystems 4. In einem weiteren Justierschritt bzw. bei einem nochmaligen Vorbewegen des Justierstempels 25 wird die beim vorausgehenden Justierschritt erreichte und gespeicherte Position des Justierstempels 25 um einen kleinen Hub oder Betrag (Offset) überschritten. Im Anschluss daran erfolgen wiederum das Speichern der aktuellen Position des Justierstempels 25 und die Kontrolle, ob das Schaltsystem 4 nach dem Zurückbewegen des Justierstempels 25 geöffnet bleibt. Falls notwendig kann dieses Verfahren mehrfach wiederholt werden, bis das Schaltsystem 4 geöffnet bleibt und damit eine ausreichende, nicht elastische bzw. bleibende Verformung des Justierelementes 24 erreicht ist. Damit würde das Schaltsystem 4 bei einer Temperatur öffnen, die derjenigen Temperatur entspricht, die der Temperaturfühler 2 bei der Justierung aufweist. Ist dies beispielsweise die normale Umgebungstemperatur und ist ein Öffnen des Schaltsystems 4 bereits bei einem über der normalen Umgebungstemperatur liegenden Schaltpunkt, beispielsweise bei dem Schaltpunkt zwischen 50°C und 80°C erwünscht, so erfolgt die Justierung so, dass in einem ersten Justierschritt das Justierelement 24 nur soweit verformt wird, dass das Schaltsystem 4 zwar zunächst öffnet, nach dem Rückführen des Justierstempels 25 aber wieder schließt. Ausgehend von der gespeicherten Position des Justierstempels 25 am Ende des ersten Justierschrittes erfolgt dann nochmals eine Bewegung des Justierstempels 5 um einen kleinen Hub oder Betrag (Offset). Dieser ist so eingestellt, dass er zwar nicht ausreicht, damit das Schaltsystem 4 nach dem Rückführen des Justierstempels 25 geöffnet bleib, dass er aber das Ende 16.2 nur soweit verlagert, dass der gewünschte über der Umgebungstemperatur liegende Schaltpunkt erreicht wird.
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Weiterhin besteht auch die Möglichkeit beim Justieren des Schaltsystems 4 einen Abstandhalter, z.B. in Form eine Justierplättchens 26 zwischen dem Betätigungselement 8 und der Schaltfeder 19 vorzusehen, wobei die Dicke dieses Plättchens dann der Temperaturdifferenz (Temperaturoffset) zwischen der Umgebungstemperatur beim Justieren und der Temperatur des gewünschten Schaltpunktes entspricht. Die Justierung erfolgt in wenigstens einem oder aber bevorzugt in wenigstens zwei Schritten derart, dass das Schaltsystem 4 nach dem Justieren und Rückführen des Justierstempels 25 offen bleibt. Der Abstandhalter wird dann entfernt. Zur möglichst präzisen Einstellung des Temperaturoffsets kann auch die Umgebungstemperatur während der Justierung berücksichtigt und entsprechend kompensiert werden.
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Die 3 zeigt in einer Teildarstellung als weitere Ausführungsform einen Temperaturregler 1a, der sich von dem Temperaturregler 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass das mit seinem unteren Ende 14.2 gegen die Oberseite der Schaltfederbasis 16 anliegende Justierelement 24 mit seiner Längserstreckung nicht schräg sondern senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Schaltfederbasis 16 orientiert ist.
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Die Vorteile des Temperaturreglers 1 und 1a bestehen u.a. darin,
dass nach erfolgter Justierung kein weiterer Schritt zur Fixierung der Schaltfederbasis 16 erforderlich,
dass die Justierung mittels eines Justierstempels 25 allein durch eine translatorische Bewegung erfolgen kann, und zwar mit hoher Genauigkeit,
dass sich ein relativ großer Stellbereich bei der Justierung bzw. durch Rückformen des gewölbten Bereichs 24.3 erzielen lässt,
dass der notwendige Temperaturoffset des Schaltpunktes des Schaltsystems 4 über einen entsprechenden Offsetweg oder zusätzlichen Hub des Justierstempels 25 berücksichtigt werden kann,
dass die Position und Orientierung des Justierelementes 24 innerhalb des Temperaturreglers so gewählt werden kann, dass der Justierstempel 25 problemlos über eine offene Seite des Temperaturreglergehäuses 5 auf das Justierelement 24 einwirken kann.
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Speziell die Winkel- oder V-Form des gewölbten Abschnittes 24.3 führt zu einem reproduzierbaren Zusammenhang zwischen der Auslenkung oder der Größe des Hubs des Justierstempels 25 und der hieraus resultierenden Änderung oder Vergrößerung des Abstandes zwischen den Enden 24.1 und 24.2 und damit der Auslenkung der Federschaltbasis 16.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Temperaturregler
- 2
- Temperaturfühler
- 3, 4
- Schaltsystem
- 5
- Temperaturreglergehäuse
- 6
- stabförmiges Ausdehnungselement
- 7
- Rohrstück
- 8
- Betätigungselement
- 8.1
- Feder
- 9
- Schaltfederbasis
- 10
- Befestigungspunkt der Schaltfederbasis
- 11
- Anschluss
- 12
- Schaltfeder
- 13
- Federkontakt
- 14
- Kontakt
- 15
- Anschluss
- 16
- Schaltfederbasis
- 16.1, 16.2
- Ende der Schaltfederbasis 16
- 17
- Befestigungspunkt
- 18
- Anschluss
- 19
- Schaltfeder
- 20
- Befestigung der Schaltfeder 19 an der Schaltfederbasis 16
- 21
- Federkontakt
- 22
- Kontakt
- 23
- Anschluss
- 24
- Justierelement
- 24.1, 24.2
- Ende des Justierelementes
- 24.3
- gewölbter Bereich des Justierelementes
- 24.3.1, 24.3.2, 24.3.3
- Schenkel
- 25
- Justierstempel
- 26
- Justierelement
- A
- Auslenkung der Federbasis 16 beim Justieren
- AT
- Achse des Temperaturfühlers 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2175141 A [0003]
- EP 2287877 A1 [0003]
