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Thermomagnetischer Schalter Die Erfindung betrifft einen thermomagnetischen
Schalter für mehrere einstellbare, Curiepunkt-abhängige Ansprechwerte und mit einer
der Magnetkraft entgegengesetzten Richtkraft, dessen in Richtung der temperaturabhängigen
Magnetkraft beweglicher Teil den Schaltvorgang bewirkt, und zwar insbesondere zum
Schalten des elektrischen Stroms.
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So ist in jüngster Zeit bereits vorgeschlagen worden, hierfür permanentoxydmagneten
als Thermomagnetkörper zu verwenden und eine einstellbare Federgegenkraft so zuzuordnen,
daß z. B. infolge der Kennlinie von Bariumoxydmagneten der Ansprechwert über einen
größeren Bereich hin verschoben werden kann. Eine eindeutige Reproduzierbarkeit
mehrerer Ansprechwerte ist dabei nicht ohne weiteres erreichbar.
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Es ist außerdem bereits bekannt, andere temperaturabhängig ihre magnetischen
Eigenschaften ändernde Stoffe in Schaltvorrichtungen zusammen mit einstellbaren
Federn anzuordnen. Durch diese Federn ist es möglich, die Haftkraft des Magneten
in einem allerdings nur engbegrenzten Bereich kontinuierlich zu verändern. Bei geringfügiger
Änderung der Temperatur ändert sich nämlich die Haftkraft derartiger Magneten relativ
schnell.
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Es ist weiterhin bekannt, die Stärke des magnetischen Kraftflusses
eines Elektromagneten mit thermomagnetischem Zwischenglied, der einen Schaltarm
betätigt, durch Änderungen des Luftspaltes im Nebenschluß des Magneten kontinuierlich
zu verändern. Auch hierdurch wird in einem engen Temperaturbereich der Schalter
auf verschiedene Temperaturen einstellbar gestaltet.
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Die bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie nur kontinuierlich
verstellbar sind, und zwar nur in einem engbegrenzten Temperaturbereich. Es ist
mit ihnen nicht möglich, die Einstellung des Schalters auf eine bestimmte Temperatur
reproduzierbar zu gestalten.
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Um diese Nachteile bekannter Vorrichtungen zu vermeiden, wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen; daß zwei oder mehrere unter dem Einfluß der Aggregattemperatur
stehende Körper aus weichmagnetischen Ferriten mit unterschiedlichen Curiepunkten
in einer quer zur Magnetkraft liegenden Einstellebene mindestens eines Dauermagneten
angeordnet sind.
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Die Verwendung unterschiedlicher thermomagnetischer Werkstoffe für
Drehkörper ist bisher nur bei transformatorisch aufgebauten Leistungsreglern bekannt,
die den Laststrom ändern, aber nicht ein- bzw. abschalten. Hierzu würde noch ein
elektromagnetischer Schalter erforderlich sein. Die erfindungsgemäß angeordneten
Ferritkörper bewirken das Schalten durch Hervorrufen einer Relativbewegung zwischen
den Ferritkörpem und den Dauermagneten.
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Die Ferritkörper sind als oxydkeramische Werkstoffe einer Korrosion
nicht unterworfen, und ihre magnetischen Eigenschaften sind voll reproduzierbar,
ohne daß es zu Alterungserscheinungen kommt. Vor allem liegt die Curietemperatur,
bei der die ferromagnetischen Eigenschaften verschwinden, in Abhängigkeit von der
gewählten Zusammensetzung genau fest, ohne sich im Laufe der Zeit zu ändern. Es
ist daher möglich, mit Ferritkörpern dieser Art Temperaturwählschalter aufzubauen,
die von chemischen und mechanischen Vorgängen unabhängig sind.
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Um die Schaltung in einfacher Weise bewerkstelligen zu können; werden
die Dauermagneten oder die Ferritkörper in Drehscheiben, Dreharmen od. dgl. befestigt,
wobei diese gegen Federdruck axial beweglich sind. Mit dem in Achsrichtung beweglichen
Teil sind elektrische Kontakte verbunden, die durch diese axiale Bewegung geöffnet
und geschlossen werden. Die Dauermagneten dürfen nicht - oder jedenfalls im Schaltbereich
nicht - temperaturempfindlich sein. Infolgedessen kommen praktisch nur solche Dauermagnetwerkstoffe
in Frage, deren magnetische Eigenschaften auf der Aushärtung beruhen, vornehmlich
die an sich bekannten Eisen-Nickel-Aluminium- oder Eisen-Nickel-Aluminium-Kobalt-Legierungen.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
dargestellt.
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A b b. 1 ist eine Ansicht im Schnitt; A b b. 2 ist eine Aufsicht im
Schnitt der Vorrichtung nach A b b. l; A b b. 3 ist eine Ansicht im Schnitt und
A
b b. 4 eine Aufsicht im Schnitt der Vorrichtung nach A b b. 3; A b b. 5 a und 5
b sind Seitenansichten im Schnitt; A b b. 6 ist eine Aufsicht der Vorrichtung nach
A b b. 5.
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In A b b. 1 ist eine elektrische Heizwicklung 1 oder ein Abzweig einer
solchen Heizwicklung unter Zwischenschaltung einer elektrisch isolierenden Schicht
2 auf einer metallischen Platte 3 befestigt. Unter dem Einfluß der Temperatur dieses
Aggregates sind die Ferritkörper 4 auf einem Drehteller 5 vorgesehen. Dieser Drehteller
ist an einer Welle 6 mit Handgriff 7 befestigt. Mittels dieses Griffes kann der
Teller 5 gedreht werden. Im gewählten Beispiel sind, wie insbesondere aus A b b.
2 erkennbar, vier Ferritkörper vorgesehen. Selbstverständlich könnte es je nach
den gegebenen Umständen auch eine andere Zahl von Ferritkörpern sein. Die einzelnen
Ferritkörper 4 haben untereinander unterschiedliche Curiepunkte.
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Über dem Drehkreis der Ferritkörper 4 ist ein Dauermagnet 8, vorzugsweise
ein Eisen-Aluminium-Nickel-Kobalt-Magnet, an einem federnden Arm 9 befestigt. An
diesem federnden Arm ist außerdem der gegebenenfalls ebenso federnde Kontaktarm
10 angebracht, dessen Kontakt 11 mit dem festen Gegenkontakt 12 zusammenwirkt.
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Wenn der Ferritkörper, der sich unter dem. Magneten 8 befindet, eine
Temperatur aufweist, die niedriger ist als seine Curietemperatur, wird der Dauermagnet
8 angezogen und legt sich auf den Ferritkörper 4 auf. Dadurch werden die Kontakte
11 und 12 zur Berührung gebracht. Der zu schaltende Stromkreis ist geschlossen.
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Beim Erreichen der Curietemperatur verliert der Ferritkörper 4 seine
ferromagnetischen Eigenschaften, und der Magnet 8 wird infolge der Federkraft des
Armes 9 in die in der A b b. 1 dargestellte Lage gebracht, in der die Kontakte 11
und 12 geöffnet sind. Der zu schaltende Stromkreis ist damit unterbrochen.
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Um das Einstellen der einzelnen Ferritkörper mit . unterschiedlichem
Curiepunkt unter dem Magneten 8 zu erleichtern, ist ein Raster 13 vorgesehen.
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In der Anordnung nach A b b. 3 befinden sich die Magneten 14 in einem
Bügel 15, der axial beweglich an der Einstellwelle 16 befestigt ist. Mittels einer
, Schraubenfeder 17 wird der Bügel angehoben, so daß der Kontakt 18 die ringförmige
Kontaktbahn 19 nicht berührt. Auf einem Kreis, der unterhalb des Drehkreises der
Magneten 14 liegt, sind Ferritkörper angebracht, und zwar derart, daß jeweils zwei
einander diametral gegenüberliegende Ferritkörper 20, 21 und 22 aus dem gleichen
Werkstoff bestehen und somit den gleichen Curiepunkt haben. Die Wirkungsweise ist
grundsätzlich dieselbe wie beider Vorrichtung nach A b b. 1 und 2, jedoch wird sichergestellt,
daß der Bügel 15 genau axial gehoben und gesenkt wird, weil die Anziehungskraft
gleichmäßig angreift.
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In A b b. 5 a und 5 b sind in einem gut wärmeleitenden Einsatz 23
Ferritkörper 24 kreisförmig befestigt. Die Ferritkörper haben unterschiedliche Curiepunkte.
Im Zentrum des Kreises ist ein Dauermagnet 25 angebracht. Dieser ist mit den Ferritkörpern
24 durch ein magnetisch gut leitendes Material 26, beispielsweise Weicheisen,
starr verbunden. Bei Temperaturen unterhalb des Curiepunktes wird der magnetische
Kreis durch einen beweglichen Bügel 27 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff
geschlossen (Ab b. 5 a). Bei Temperaturen oberhalb des Curiepunktes eines
der Ferritkörper 24 wird der Bügel 27 durch eine Feder 28 vom Ferritkörper 24 gegen
einen Anschlag 29 abgedrückt, so daß der magnetische Kreis geöffnet wird (A b b.
5 b). Mit dem beweglichen Bügel 27 ist ein Kontakt 30 und mit dem starren Anschlag
29 ist ein Kontakt 31 verbunden. Durch die Bewegung des Bügels 27 werden die beiden
Kontakte fallweise miteinander zur Berührung gebracht bzw. voneinander getrennt,
so daß der angeschlossene Stromkreis geschlossen bzw. geöffnet ist. Zur Vermeidung
magnetischer Streufelder empfiehlt es sich, die Verlängerung 32 des Bügels 27, die
den Kontakt 30 trägt, aus magnetisch nichtleitendem Material herzustellen. Selbstverständlich
muß darüber hinaus dafür gesorgt werden, daß die Kontakte 30 und 31 elektrisch isoliert
angebracht werden. Der Bügel 27 ist über einen Einstellstift 33 mit Raster verschwenkbar.
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Während es sich bei den Anordnungen nach A b b. l./2 und 3/4 auch
im eingeschalteten Zustand um offene magnetische Kreise handelt, liegt in der Anordnung
nach A b b. 5/6 ein geschlossener magnetischer Kreis vor.
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Die Bewegung der Magneten und Ferritkörper ist bei allen drei Ausführungsformen
unterschiedlich. In der Ausführungsform nach A b b. 1/2 wird der Magnet 8 vertikal
bewegt, die Ferritkörper 4 hingegen lassen sich in horizontaler Richtung drehen.
In der Ausführungsform nach A b b. 3/4 sind die Ferritkörper 20 bis 22 ruhend angeordnet,
während der Magnet 14 sowohl vertikal als auch horizontal beweglich ist. In der
Ausführungsform nach A b b. 5/6 sind sowohl die Ferritkörper 24 als auch der Magnet
25 ruhend angeordnet. lediglich der ferromagnetische Rückschlußbügel 27 ist sowohl
vertikal als auch horizontal verschwenkbar. In allen drei Ausführungsformen ist
darauf zu achten, daß die Ferritkörper unter der unmittelbaren Temperatureinwirkung
des in seiner Temperatur zu regelnden Aggregates stehen. Am günstigsten ist die
Anordnung in Form dünner Scheibchen auf einer gut wärmeleitenden Grundplatte oder
das Einlassen von zylindrischen Körpern in eine solche Grundplatte. Die Grundplatte
soll in gutem Kontakt zur Wärmequelle stehen.
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Während die Ausführungsform nach A b b. 1/2 besonders geeignet ist,
um in unmittelbarer Nähe von Heizspiralen fest montiert zu werden, können die Ausführungsformen
nach A b b. 3/4 und 5/6 auch als geschlossene Gehäuse ausgeführt werden. Diese können
in ein in seiner Temperatur zu regelndes Gas (Luft) oder in eine Flüssigkeit eingetaucht
oder mit ihrer Bodenfläche auf die zu regelnden Körper aufgesetzt werden.
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Um die Geräte bei einer beliebigen Temperatur ausschalten zu können,
ist es zweckmäßig, bei allen Ausführungsformen einen für Ferritkörper vorgesehenen
Platz durch einen Körper aus nicht ferromagnetischem Material zu besetzen. Befindet
sich der Magnet oder der Weicheisenrückschluß über diesem Körper, so ist die Ausschaltstellung
in jedem Fall gegeben.