DE1144813B - Als Waermefuehler verwendbare Bimetallschnappfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine als Wärmefühler verwendbare Bimetallschnappfeder für temperaturabhängige elektrische Sichalter mit einem langen, breiten Hauptstreifen, der aus einem Stück mit schmalen, vorzugsweise zwei Nebenstreifen besteht, die sich im wesentlichen parallel im Abstand zum Hauptstreifen erstrecken und durch Verformen gekürzt sind, um den Hauptstreifen zu krümmen.

Die bekannten Ausführungen derartiger Bimetallschnappfedern weisen mehrere Nachteile auf, die die wirtschaftliche Verwendung für elektrische Geräte, z. B. Kaffeekocher, Waffeleisen u. dgl., mit bis 1500 W Leistung sehr begrenzen.

Normalerweise ist das Bimetallelement so aufgestellt, daß es auf die Temperatur der Oberfläche, auf der es angebracht ist und die als Wärmeleitplatte ausgebildet sein kann, anspricht. Erwünscht ist daher eine Ausbildung des BimetaHelementes, bei der das Element eine gute Wärmeleitfähigkeit zur Wärmeleitplatte hat, so daß das Element schnell und genau anspricht. Einer der Nachteile der bekannten Bimetallschnappfeder besteht darin, daß ein beträchtlicher Teil des bimetallischen Schnappgliedes keine gute Wärmeleitberiihiung mit der Wärmeleitplatte hat.

Ein anderes unerwünschtes Merkmal des bekannten Bimetallschnappgliedes ist die von den Außenstreifen des Bimetallelementes herrührende Wärmeempfindlichkeit. Diese Streifen, die, wie erwähnt, durch Kürzen gespannt sind, verformen sich bei Einwirkung von Wärme auf das Bimetallelement genau wie der Mittelabschnitt des Bimetallelementes und beeinträchtigen dadurch den Schnappvorgang. Die Außenstreifen, die in geringer Wärmeleitbeziehung zur Tragplatte stehen, ergeben eine unerwünschte Wärmeempfindlichkeit, die zum großen TeM von der Umgebungstemperatur, der die Außenstreifen ausgesetzt sind, abhängt. Erwünscht ist daher, die in den äußeren Streifen des Bimetallthermostaten erzeugte Wärmeempfindlichkeit auszuschalten oder wesentlich zu verringern.

Mit der Erfindung soll also eine einstückige Bimetallschnappfeder geschaffen werden, die auf die Temperatur des Bauteils, auf dem sie gelagert ist, schnell und genau anspricht.

Ferner soll mit der Erfindung eine Bimetallschnappfeder für höhere Leistungen geschaffen werden, die durch Änderungen in der Umgebungstemperatur nur vernachlässigbar gering beeinflußt wird.

Außerdem soll eine einfach herzustellende Bimetallschnappfeder geschaffen werden, die nur wenig Bimetalhnaterial erfordert und verbesserte Temperaturregeleigenschaften aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgaben besteht die Erfindung

Als Wärmefühler verwendbare
Bimetallschnappfeder

Anmelder:

Sunbeam Corporation,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr.24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. April 1957 (Nr. 655 127)

Ludvik Joseph Koci, Hinsdale, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

darin, daß der Hauptstreifen großflächig auf der Wärmequelle befestigt ist, daß weiterhin, die Nebenstreifen zwecks Ausschaltung ihrer Wärmeempfindlichkeit wesentlich schmaler sind als der Hauptstreifen und auf einer Schmalseite der Bimetallschnappfeder verbreiterte Verbindungsabschnitte aufweisen, die zwischen benachbarten Enden des Hauptstreifens und der Nebenstreifen angeordnet sind, und daß in den verbreiterten Verbindungsabschnitten der Nebenstoreifen aus mindestens einer quergeridhteten Rinne bestehenden Verformungen angebracht sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die im ganzen rechteckig ausgebildete Schnappfeder einen mittleren druckbeanspruehten Hauptstreifen aufweist, dessen Zone größter Breite als Auflagefläche an der Wärmequelle dient und der sich nach den Enden zu verjüngt.

Es sind ferner Bimetallschnappfedem bekannt, bei denen auf einem länglichen Hauptstreifen, der an seinem freien Ende einen beweglichen Kontakt trägt, im mittleren Teil eine Schnappkalotte eingeprägt ist, welche ein Ausschnappen der Feder ohne Kriechweg vermittelt. Bei diesen Konstruktionen ist es erforderlich, den länglichen Teil der Bimetallschnappfeder an mindestens zwei Punkten abzustützen, um dadurch einerseits die Auslösetemperatur einzustellen und andererseits zu verhindern, daß die Kontakte nach

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dem Öffnen einen Kriechweg in umgekehrter Richtung ausführen.

Diesen Konstruktionen gegenüber weist die Bimetallfeder nach der Erfindung den Vorteil einer einfacheren Halterung und vielseitigeren Verwendungsmöglichkeit auf. Sie soll nämlich nicht nur über nur eine großflächige Verbindung die Wärme der Leitplatte abnehmen und dabei weitgehend unempfindlich gegenüber anderen Temperatureinflüssen sein, sondern auch durch ihre Schnappbewegung in einem genau festlegbaren Punkt und ihre kriechende Bewegung in anderen Bereichen mehrere Funktionen des Schaltens oder zyklischen Betriebes ausführen können, wie später näher erläutert wird.

Andere Kennzeichen und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Draufsicht des Bimetallelementes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1, wobei in gestrichelten Linien die zweite Stellung des Bimetallelementes dargestellt ist, und

Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1.

Die Erfindung ist eine Verbesserung des bekannten einstückigen, schnellschaltenden Bimetallelementes, und zwar ist es durch Änderung der Außenlinie der drei bekannten' Streifen oder Schenkel eines solchen Thermostaten möglich geworden, die erforderliche Menge an Bimetalmaterial zu verringern und die Wärmeempfindlichkeit des Thermostaten zu verbessern. Da den Außenstreifen des Bimetallelementes lediglich die Aufgabe zugewiesen ist, als Spannteile zu wirken, sind ihre Querschnitte so verringert worden, daß sie nur noch dünne Streifen aus Bimetallmaterial sind, die zwar die notwendigen Ziehkräfte übertragen können, jedoch eine vernachlässigbare Wirkung hinsichtlich der Wärmeempfindlichkeit haben. Bei einem derartig verringerten Querschnitt der Außenstreifen ist es notwendig, die Wellungen oder Verkürzungsbiegungen für die Außenstreifen in einen Abschnitt erhöhter Querschnittsfläche zu legen.

Das dargestellte einstückige Bimetallelement 11 ist in beliebiger bekannter Weise hergestellt, indem zwei Metallbleche verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten durch Löten od. dgl. miteinander verbunden sind. Das aus Bimetallmaterial bestehende Blech wird gestanzt, um das im wesentlichen rechteckige Element

11 zu bilden, das zwei Längsschlitze 11a und Ub aufweist. Die Längsschlitze 11a und lift teilen das Element in drei in Querrichtung auf Abstand stehende Streifen 12, 13 und 14. Die Außenstreifen 12 und 14 haben im Vergleich zum Mittelstreifen 13 eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche.

Der Mittelstreifen 13 bildet infolge seiner Oberfläche, der gegenüber die Oberfläche der Außenstreifen

12 und 14 vernachlässigbar ist, den eigentlichen Temperaturfühler. Zur Lagerung des Bimetallelementes 11 auf einer zweckdienlichen Oberfläche oder einer Wärmeleitplatte sind mehrere Lochungen oder Bohrungen 13 a, 13 b und 13 c im Mittelstreifen 13 vorhanden. Die Bohrung 13 α nimmt eine Zusammensetzschraube od. dgl. auf, während die Bohrungen 13 b und 13 c auf Einstellvorsprünge aufgelegt werden, die das Bimetallelement relativ zu dem zugehörenden Gerät oder dem Gehäuse richtig aufstellen.

Die in dem Bimetallelement 11 vorhandenen Schlitze Ha und lift enden in zwei in Querrichtung sich erstreckenden Verbindungsstegen IS und 16. Die Verbindungsstege 15 und 16 verbinden lediglich die drei in Längsrichtung sich erstreckenden Streifen, um das einstückige Bimetallelement 11 zu bilden.

Damit die Außenstreifen 12 und 14 so geformt werden können, daß der Mittelstreifen 13 eine Krümmung aufweist, müssen die Außenstreifen 12 und 14 gewellt oder scharf gebogen werden, so daß sie wesentlich kürzer sind als der Streifen 13, obwohl in Wirklichkeit die Außenstreifen 12 und 14 ihre Länge

ίο beibehalten. Wegen der gewünschten Verkürzungsgröße und wegen der kleinen Querschnittsfläche der Streifen 12 und 14 ist es nicht erwünscht, die Wellungen oder Biegungen in die schmalen Streifenabschnkte der Außenstreifen zu legen. Würde die gewünschte Verkürzungsgröße durch Anordnung von Wellungen in den die kleinen Querschnittsflächen aufweisenden Streifenabschnitte der Streifen 12 und 14 erhalten, dann würde die von der Krümmung des Mittelstreifens 13 erzeugte Dehnungskraft die Außenstreifen 12

ao und 14 strecken und würde die in diesen Streifen befindlichen Wellungen glätten. Zur Erzielung zweckdienlicher Abschnitte, in denen die verkürzenden Wellungen oder Biegungen angeordnet werden können, sind an benachbarten Enden der zugehörenden Streifen 12 und 14 Verbreiterungen 12a und 14a vorgesehen. Die Verbreiterungen 12 a und 14 a verbinden den Verbindungssteg 15 mit den im Querschnitt verkleinerten Streifenabschnitten der Außenstreifen 12 und 14.

In der Nähe des Steges 15 haben die Verbreiterungen 12 a und 14 a V-förmige Biegungen 17 und 18, die unter die Ebene des Bimetallelementes 11 ragen. Die Biegungen 17 und 18 sind in die zugehörenden Verbreiterungen 12a und 14 a eingeprägt, um die wirk- same Verkürzung der Streifen 13 und 14 zu erzeugen und die Bogenform des Mittelstreifens 13 herzustellen. Die Wellungen 17 und 18 sind also in die Verbreiterungen 12a und 14 a gelegt, in denen die erhöhte Querschnittsfläche groß genug ist, um die Wellungen trotz des von dem gekrümmten Mittelstreifen 13 auf die Außenstreifen 12 und 14 und ihre zugehörenden Verbreiterungen 12 α und 14 α ausgeübten Spannzuges aufrecht zu erhalten.

Die Seitenansicht des Bimetallelementes 11 (Fig. 2) zeigt die Abwärtskrümmung des Mittelstreifens 13, die von der Verkürzung der Streifen 12 und 14 herrührt.

Da die Seite geringerer Wärmeausdehoung des Bimetallelementes in Fig. 2 oben liegt, hat der Mittelstreifen 13 das Bestreben, sich nach Einwirkung von Wärme aus der konkaven Abwärtsstellung zu einer konkaven Aufwärtsstellung zu verformen. Diese Ablenkung erfolgt so lange allmählich, bis der Streifen die Neutralstellung erreicht. Dann kippt bei weiterer Wärmeeinwirkung das Element 11 plötzlich in die in gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellte Stellung. Diese Kippwirkung kann verwendet werden, um elektrische Kontakte so schnell zu schließen und zu öffnen, daß keine Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten erfolgt. Außerdem ist eins derartige Kippbewegung oft erwünscht, wenn ein Schalter bei einer vorbestimmten hohen Temperatur schnell abschalten und innerhalb etwas geringerer Temperaturbereiche zyklisch arbeiten soll, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Die gestrichelte Stellung des Außenstreifens 14 zeigt, daß dieser Streifen 14 in beiden von den Mittelstreifen 13 eingenommenen gekrümmten Stellungen im wesentlichen geradlinig verläuft.

Ein schnellschaltender Thermostat oder Temperaturregler dieser Art kann nicht nur infolge seiner kritischen Kipptemperatur, bei der sich der Mittelstreifen in der entgegengesetzten Richtung bewegt, regeln, sondern kann auch wie eine übliche Bimetalllamelle verwendet werden, um auf eine gewünschte Temperatur zu regeln, nachdem der Streifen von der einen stabilen Stellung in die andere stabile Stellung gekippt worden ist. Der in Fig. 2 dargestellte Thermostat kann sich aus der in dieser Fig. 2 dargestellten gestrichelten Stellung allmählich nach oben und unten abbiegen.

Das Bimetallelement 11 ist, wie erwähnt, auf einer zweckdienlichen Platte oder Oberfläche gelagert, die sich an den nahe den Bohrungen 13 α, 13 b und 13 c befindlichen Abschnitt des Mittelstreifens 13 anlegt. Bei Lagerung dieser Art kann der Endabschnitt 16 als Antriebsteil dienen, der sich an eine Kontaktöffnungsvorriohtung anlegt. Wird die auf den Thermostat übertragene Wärme an einer nahe der Mitte des Streifens 13 gelegenen Stelle zur Einwirkung gebracht, dann erfolgt eine beträchtliche Verzögerung bei der Wärmeübertragung auf die Außenstreifen 12 und 14 des Bimetallelementes 11. Infolge dieser Verzögerung in der Wärmeübertragung auf die Außenstreifen wird die Wirkung verringert, die durch diese Außenstreifen auf die Gesamtwärmeempfindlichkeit des thermostatischen Elementes hervorgerufen wird. Durch Verringerung der Querschnittsfläche der Außenstreifen 12 und 14 wird die Temperaturempfindlichkeit dieser Streifen auf einem Kleinstwert gehalten. Bei der Verwendung der verbreiterten Abschnitte 12 a und 14 a zur Aufnahme der Wellungen 17 und 18 können die Außenstreifen 12 und 14 sehr dünn gemacht werden, da sie nur eine Ziehkraft zwischen den Endstegen 15 und 16 zu übertragen haben.

Es ist zwar nur eine einzige Ausführung der Erfindung dargestellt und beschrieben, doch können viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen und den Bereich der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (2)

Patentansprüche :

1. Als Wärmefühler verwendbare Bimetallschnappfeder für temperaturabhängige elektrische Schalter mit einem langen, breiten Hauptstreifen, der aus einem Stück mit schmalen, vorzugsweise zwei Nebenstreifen besteht, die sich im wesentlichen parallel im Abstand zum Hauptstreifen erstrecken und durch Verformen gekürzt sind, um den Hauptstreifen zu krümmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstreifen großflächig auf der Wärmequelle befestigt ist, daß weiterhin die Nebenstreifen (12,14) zwecks Ausschaltung ihrer Wärmeempfindlichkeit wesentlich schmaler sind als der Hauptstreifen (13) und auf einer Schmalseite der Bimetallschnappfeder verbreiterte Verbindungsabschnitte (12 a, 14 a) aufweisen, die zwischen benachbarten Enden des Hauptstreifens und der Nebenstreifen angeordnet sind, und daß in den verbreiterten Verbindungsabschnitten (12 a, 14 d) der Nebenstreifen (12,14) aus mindestens einer quergerichteten Rinne (17,18) bestehende Verformungen angebracht sind.

2. Bimetallsohnappfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im ganzen rechteckig ausgebildete Schnappfeder (11) einen mittleren, druckbeanspruchten Hauptstreifen (13) aufweist, dessen größte Breite als Auflagefläche an der Wärmequelle dient und der sich nach den Enden zu verjüngt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 706 843;
USA.-Patentschriften Nr. 2 320 873, 2 615 108,
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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