DE1673480A1 - Schalterthermostat - Google Patents

Description

Dipl.-ing. Lothar Midi.

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6 Franfifurf Main f 1673480

Pwi.'-c'i ;:n 666-3D-2632

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Schalfcerthermostat

Die Erfindung bezieht sich auf Schalterthermostate, die in -

Verbindung mit Heiz- und Kühlgeräten verwendet werden, und im besonderen auf einen Thermostaten mit einem Schalter kurzer Ve rzöge rungsze i t.

Übliche Thermostate für Heiz» und Kühlzwecke weisen einen Temperaturfühler auf, der als dampf- und flüssigkeitsgefüllter Federbalg ausgebildet ist. Weiterhin ist noch eine Feder vorgesehen. Die Feder und der Balg wirken in umgekehrten Richtungen auf ein Betätigungsglied für die Schaltkontakte ein. Durch die Ausdehnungen und die Zusammenziehungen des Balgs können dann die Schaltkontakte I hin- und hergeschaltet werden. Um nun dafür zu sorgen, daß ein solcher Schalter bei unterschiedlichen Temperaturwerten öffnet und schließt, ist üblicherweise noch ein Federmechanismus vorgesehen, der auf das Betätigungsglied einwirkt und dafür sorgt, daß das Betätifjungsglied zwischen den beiden Schalterstellungen hin- und herschnappt.

Eine Schwierigkeit, die mit den bisherigen Schal te rthe mos ta ten verbunden ist, liegt in der hohen Geräuschentwicklung während des

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Schaltens. Diese Geräuschentwicklung macht sich besonders dann störend bemerkbar, wenn ein solcher Schalterthermostat zum Steuern von Haushai Ia^e raten verwendet wird. Es besteht daher der Wunsch nach einem Schalte-rtheraiostaten mit einem Schnappschalter, bei dem die Betriebsgeräusche, die zumindest zum Teil durch das Schalten des Schnappschalters bedingt sind, wesentlich herabgesetzt sind. Die Geräusche, die beim Umschalten eines Schnappschalters Jk entstehen, hängen von der kinetischen Energie ab, die aufgefangen werden muß, wenn der Schnappmechanismus am Ende seines Arbeitshubes abgebremst wird. Diese kinetische Energie ist ihrerseits eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der das Betätigungsglied von seiner einen Stellung in die andere Stellung gebracht wird. Bei der Untersuchung dieser Schwierigkeiten hat sich gezeigt, daß die wesentlichen Faktoren, die die Geschwindigkeit der Einzelteile des Schnappmechanismus bestimmen, die Reibungskräfte und das Trägheitsmoment sind. Man kann zwar dieGerausche des Uraschnappens durch zusätzliche Reibungen vermindern. Man verkleinert dadurch aber auch die zur Verfügung stehenden statischen Kräfte, die für eine zuverlässige Betätigung eines Schnappschalters erforderlich sind. Man sollte daher die Trägheit des Schnappmechanismus in einem Schalterthermostaten so klein «ie möglich halten.

Bisher hat man versucht, die Geschwindigkeit der einzelnen Teile des Schnappmechanismus durch dieVerwendung verschiedener Dampfunga- zylinder zu steuern, die mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt waren. Solche DMmpfungszylinder machen aber den Schalterthermosta ten komplizierter und teuerer, so daß die zufridensteilende Ver-

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v/endung solcher Schalterthermostaten in Frage gestellt werden kann. Vor allem aber können die Geräuschprobleme mit solchen Dämplungszylindern nicht vollständig gelöst v/erden. Es wäre daher günstig, wenn man die einzelnejn Bestandteile des Schnappmechanismus in solchen Schalterthermostaten dämpfen könnte, ohne zusätzliche Dampfungszylinder verwenden zu müssen, da dieses unter anderem auch die Kosten senkt.

Nun wurde gefunden,daß nan die Geschwindigkeit der einzelnen Be- ^ standteile des SchnappaechanIsmus in einem Schalterthermostaten so steuern kann, daß sich ein ungewöhnlich niedriger Geräuschpegel ergibt, wenn nan dieGeschwindigkeit der Wärmeübertragung auf die oder von den Molekülen desjenigen Mediums reguliert-_} das in einem mit Flüssigkeit und zugehörigen Dampf gefüllten Balg eingeschlossen ist. Diese Erscheinung wird im nachstehenden als "Thermische Dämpfung" bezeichnet. Um diese Erscheinung ausnützen zu können, ist ein erfindungsgemäßer Schalterthermostat mit einer temperaturempfindlichen Vorrichtung in Form eines verschlossenen Balges und einem angesetzten Rohr versehen, die ein Medium enthalten, das in einen vorgegebenen Temperaturbereich zum Teil als Flüssigkeit und zum Teil als gesättigter Dampf vorliegt. Das angesetzte Rohr weist ein Temperaturfühlgebiet auf, in dem Flüssigkeit und Dampf enthalten ist, wobei die Grenzfläche zwischen Dampf und Flüssigkeit, durch die hindurch die Wärmeübertragung zwischen Dampf und Flüssigkeit erfolgt, nur klein ist. Zusätzlich wird zwischen de*!. Balg und dem Temperaturfühlgebiet des angesetzten Rohres ein Temperaturunterschied laufend aufrechterhalten. Der Balg ist über eine Federvorrichtung mit negativer Konstante und

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über ein schnell bewegbares Betätigungsglied, das zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann, mit dem bewegbaren Kontakt des Schalters verbunden. Wenn sich nun während des Betriebes der Balg zu Beginn entweder ausdehnt oder zusammenzieht, was von der herrschenden Umgebungstemperatur abhängt, und wenn daraufhin das B-etätigungsglied von der Federvorrichtung zwischen seinen beiden Stellungen hin- und hergeschoben wird, dann übt die ge- ^ ringe Värmeübertragungsgeschwindigkeit zwischen der Flüssigkeit und demDampf im Temperaturfühlgebiet des Rohres eine thermische Dämpfung aus, die eine Kraft hervorruft, die der Kraft der Federvorrichtung entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungsgliedes gesteuert, ohne daß die statischen Kräfte, die zum Schalten erforderlich sind, beeinträchtigt wealen.

Der erfindungsgeraäße Schalterthermostat ist einfach aufgebaut und kann preiswert hergestellt werden. Trotzdem läßt sich die Ge-P schwindigkeit des bewegbaren Schalterkontaktes steuern. Zusätzlich sind die Betriebsgeräusche des Schalterthermostaten auch während langer Betriebszeiten ungewöhnlich niedrig.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht und zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Diagramm und zeigt den Zusammenhang zwischen den

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auftretenden Kräften und den Auswanderungen, der für den Mechanismus aus Fig. 1. gilt und für solche Mechanismen typisch sind, die erfindungsgemäß ausgebildet sind.

Fig. 3 ist ein Seitenschnitt durch einen Schalterthermostaten, der eine hevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist und dessen Betriebseigenschaften dem Zusammenhang nach Fig. 2 folgen.

Fig. 4 zeigt den .'Jchalterthermostaten nach Fig. 3 von unten. Längs der Linie 4-4 aus Fig. 3 sind einige Teile weggelassen wo rden.

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 aus Fig. 3. Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 aus Fig. 3. Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 aus Fig. 3. |

Fig. 8 zeigt schematisch, wie der Schalterthermostat nach Fig. 3 elektrisch geschaltet ist.

In der Fig. 1 ist ein Schalterthermostat 10 dargestellt, der feststehende und bewegbare elektrische Kontakte 11 und 12 aufweist. Diese beiden Schaltkontakte stellen zusammen einen elektrischen Schalter dar, der in einen Kreis für einen zu schaltenden Verbraucher eingesetzt werden kann, also beispielsweise in den iJtromkreiö für ein elektrisches Heizelement in einem Heizgerät.

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Ein Betätigungsglied für die Schaltkontakte weist einen Hebel 13 auf, der am Hebelende 14 an einem feststehenden !lahmen 15 schwenkbar angelenkt ist, so daß sein anderes Ende 16 zwischen zwei Grenzstellungen hin- und herbewegbar ist. Diese beiden Grenzstellungen sind durch zwei Anschläge 17 und 18 definiert. Der Hebel 13 des Betätigungsgliedes steht über einen Betätigungsteil 19 mit Schultern 19a und 19b mit dem bewegbaren Schaltkontakt in Verbindung. Hierzu können die beiden Schultern 19a und 39b abwechselnd am freien Ende 12a des bewegbaren Schaltkontaktes 12 angreifen. Die Schaltkontakte 11 und 12 bleiben offen, wenn dis Betätigungsglied seine untere Stellung einnimmt und mit seiner Verlängerung 19c am Anschlag 17 anliegt. Wenn das Betätigungsglied in seiner oberen, in der Fig. 1 voll ausgezogenen Stellung am Anschlag 18 anliegt, beaMihren sich die Kontakte 11 und 12, so daß der S_chalter geschlossen ist.

Um das Betätigungsglied la ufend in diejenige Richtung vorzuspannen, in der die Kontakte 11 und 12 geschlossen sind (das ist in der Fig. 1 durch ausgesogene Linien dargestellt), ist eine Schnappfeder 40 vorgesehen, die auch dafür sorgt, daß das BetätigungsJ.ied an einem bestimmten Punkt schnell uraschnappt. Die Schnappfeder hat am linken Ende 42 einen Knick, in den eine Messerkante 16 des Hebels 13 eingesetzt ist. Das rechte Ende 43 der Schnappfeder 40 hat ebenfalls einen Knick, in dem eine einstellbare Schraube 47 eingreift, die durch einen feststehenden Rahmenteil 46 hindurchgeschraubt ist. Mit der Schraube 47 kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Schalters eingestellt

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werden. Wenn man somit die Sehnappfeder 40 mit ihren Enden 42 und 4j derart zwischen die Messerkante i.G und die 8_chraube 47 einsetzt, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, und wenn man dafür sorgt, daß nach dem Einsetzen die Schnappfeder 40 dauernd unter Druck steht, übt die Schnappfeder 40 auf den Hebel 13 eine Drehkraft aus, die von der Messerkante 14 des Hebels 13 aus gesehen in Uhrzeigerrichtung wirkt. Durch die Einstellung der Schraube kann man die Vorspannung der Schnappfeder 40 und damit die Temperaturdifferenz zwischen den Umschaltpunkten einstellen.

Um den Hebel 13 des Betätigungsgliedes in umgekehrter Richtung, also entgegen dem Uhrzeigersinn vorzuspannen, ist eine Baugruppe 20 vorgesehen, mit der sich die Temperatur einstellen läßt, an der der Schalterthermostat schaltet. Diese Baugruppe 20 ist mit einer Feder 20a versehen, deren unteres Ende auf einer ringförmigen Oberfläche eines Nockenhebels 22 ruht. Das eine Ende 23 dieses Nockenhebels 22 ist an einem feststehenden Rahmenteil 24 schwenkbar angelenkt. Das andere Ende 25 des Nockenhebels 22 greift an | einer Nockenfläche 26 an, die auf einem Einstellstab 27 montiert ist. Wenntaan den Einstellknopf 28 und damit die Nockenfläche 26 von Hand herumdreht, kann man den Druck der Temperaturbereichsfeder 20a leicht ändern und auf diese ,'/eise die Temperatur einstellen, an der der Schalterthermostat schaltet.

Weiterhin ist eine Kraftübertragungsschraube 33 vorgesehen, auf die einmal eine temperaturabhängige Kraft vom Balg 34 her und zum

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anderen die Vorspannung der Teraperaturbereichsfeder 20a einwirkt. Die Kraftübertragungsschraube 33 überträgt nun die Differenz zwischen diesen beiden Kräften auf das Widerlager 20b und damit auf den Hebel 13 des Betätigungsgliedes.

Nun soll im einzelnen beschrieben werden, wie der Balg mit angesetztem Rohr 29 aufgebaut ist, in dem Flüssigkeit eingeschlossen ist. Wie man der Fig. 1 entnimmt, ist der dehnbare Balg 34

P unten mit einem starren, becherförmigen Boden 32 verschlossen, der von oben auf die Schraube 33 drückt. Die andere Seite des Balges ist an einen als Flansch 35 ausgebildeten Teil einer feststehenden Wandung 36 angesetzt. Durch die Wandung 36 ist ein Temperaturfühlrohr 30 hindurchgef«ührt, das mit dem Inneren des Balges 34 in Verbindung steht. Das Ende des Rohres 30 und die Wandung 36 sind bei 37 gegeneinander abgedichtet. Das Rohr 30 ist aus 3 Teilen 30a,b und c zusammengesetzt. Die beiden äußeren Teile 30a und 30b sind aus einem gut wärmeleitenden Material wie bei-

k spielsweise Kupfer hergestellt und durch den Mittelteil 30c aus einem schlecht wärmeleitenden Material wie beispielsweise Stahl miteinander verbunden. Der Grundjhierfür wird noch erläutert . Der mittlere Teil 30c des Rohres 30 isoliert somit die beiden Itohrteile 30a und 30b thermisch voneinander. Um das innere Volumen des Balgs 34 mit angesetztem Rohr 30 zu verringern, das für das Medium 39 zur Verfugung steht, ist in den Balg 34 ein massivex* Ringkörper 38 eingesetzt.

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Der Balg mit angesetztem Rohr ist so ausgebildet, daß die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeits- und Dampfphase nur in einem verhältnismäßig kleinen Gebiet 3Od des Rohres 30 vor sich geht. Wenn die Kondensation und die Verdampfung des Mediums 39 an dieser S+Glle vor sich geht, so kann man eine thermische Dämpfung erreichen, die der wesentliche Faktor f*-ür die Regulierung der sich schnell bewegenden Einzelteile ist, die die Verbindung zwischen dem Balg 34 und dem bewegbaren Kontaktarm 12 herstellen. Zu diesem Zweck wird vor dem Verschließen des Balges 34 mit angesetztem Rohr 30 das Medium 39 bei einer"Temperatur eingefüllt, die oberhalb des beabsichtigten Tempex*a turbereich.es des ScMterthermostaten ist, und bei der das Medium gasförmig ist. Wenn beispielsweise der Schalterthermostat zwischen 15 C und 32 C arbeiten soll, und wenn als Medium 39 Butan verwendet wird, sollte das Butan als Gas bei einer Temperatur zwischen 50 G und 55 C und unter seinem Dampfdruck eingefüllt werden, der in diesem Tempe-

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raturbereich zwischen 4 und 5 kg/cm beträgt.

Wenn sich nun der Schalterthermostat in seinem Betriebsfemperaturbereich befindet, wenn er also beispielsweise so eingestellt ist, daß seine Schaltpunkte bei 21 °C und bei 24°C liegen, befindet sich ein Teil des Mediums bei 39a in der flüssigen Phase, während der ßröfite Tei.1 des Balges 34 und des angesetzten Rohres 30 mit dem Medium 39 in Form von gesättigtem Dampf 3üb gefüllt ist. Der Wärmeaustausch zwischen der Dampfphase und der fl-üssigen Phase des Mediums 39 findet nur im kleinen Gebiet 3Od statt, das zu den

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kühlsten Gebieten des Balges 34 und des angesetzten Rohres 30 gehört. (In einem Ausführungsbeispiel betrug der Durchmesser des Gebietes 3od 1,6 mm, während seine Länge 12,7 mm betrug.) Wie noch näher erläutert wird, is t es für eine ordnungsgemäße Funktion des Schalterthermostaten sowie für die Erzielung der gewünschten thermischen Dämpfung erforderlich,daß zwischen dem Balg 34 und der Wärmeaustauschzone 3Od eine Temperaturdifferenz herrscht, die etwa so groß wie die Temperaturdifferenz der Schalttemperaturen ist, also etwa 1° bis 3°C beträgt. Die Bedeutung dieser Temperaturdifferenz wird deutlich, wenn man die Wirkungsweise des Schalterthermostaten nach Fig. 1 erörtert. Für diese Erörterung· sei angenommen,daß die einstellbare Nockenfläche 26 auf einen Temperaturbereich eingestellt ist, in dem der Schalter bei 21 C schließt und bei 24 C öffnet,und daß als Medium 39 Butan verwendet ist. Bei 21°C beträgt der >ampfdruck des Butans etwa 1,2 kg/cm und die einzelnen Bestandteile des Schalterthermostaten nehmen die Stellung ein, die in der Fig. 1 durch ausgezogene Linien dargestellt " ist. In dieser Stellung sind die Schalterkontakte 11 und 12 geschlossen, und das Betätigungsglied befindet sich in der Stellung "A" (Fig. 2)

Weiterhin sei angenommen, daß die Schaltkontakte 11 und 12 in einem Schaltkreis für einenjelektrischen Verbraucher eingeschaltet sind, der ein elektrisches Heizelement von 5000 Watt bei 240 Volt ist und in der Fig. I mit "Load" bezeichnet ist. Die beiden Kontakte sind mit den Eingannsklemmen Ll und L2 verbunden, die mit dem Netz verbunden werden können. Der Verbraucher ist .über die

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Klemme 45 zwischen den bewegbaren Kontakt 11 und die Anschlußklemme 45 geschaltet. Wenn somit die Kontakte 11 und 12 hin- und hergeschaltet werden, wird der Verbraucherstrom ein- und ausgeschaltet. Wenn die K ntakte 11 und 12 geschlossen sind und durch den Verbraucher einen Strom fließt, steigt die Temperatur am Rohr 30 an und das Medium 39 im ßnlg 34 und im Rohr 30 dehnt sich allmählich aus. Dadurch wird das gesamte Gasvolumen größer, so daß sich auch der Balg 34 etwas ausdehnt. Dieser Vorgang dauert so lange bis die Kräfte, die von den Federn auf das Betätigungsglied für den Schalter ausgeübt werden, im Gleichgewicht stehen. An dieser Stelle beginnt das Betätigungsglied zur Stellung B zu kriechen, während die Schulter 19b von der unteren Oberfläche des bewegbaren Schaltkontaktes 12 abhebt. Da nun die Schnappfeder 40 eine negative Federkonstante aufweist, (d.h., die Kraft der Feder 40 nimmt bei der Bewegung nach unten stärker zu als alle anderen Kräfte in dein System) ist nun von diesem Punkte an die Kraft der Feder 4C- die überwiegende Kraft, die das Betätigungsglied und den bewegbaren Kontakt 12 in die voll geöffnete Stellung E hineindrückt, die durch den Anschlag 17 definiert ist. Bei diesem Weg zur Stellung E wird zuerst die Stellung C durchlaufen, in der die Schulter 19a des Betätigungsgliedes an der oberen Oberfläche des bewegbaren Kontaktarmes 12 angreift, und dann die Stellung D, in der das Ende 3 2b des bewegbaren Kontaktarmes 12 die Kontaktfeder 12c berührt, und in der sich die Kontakte öffnen. Der Kurvenzug BCDE aus Fig. 2 zeigt, welche nach unten gerichtete Kräfte verfügbar sind, um die Verlängerung 19c des Betätigungsgliedes durch die Stellungen B bis E in Fig. 1 herunterzudrücken, wenn man für das Medium in dem Balg und dem angesetzten Rohr vorgegebener Größe eine konstante Temperatur annimmt.

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Wenn die Einzelteile von der Schnappfeder 40 aus der Stellung B in die Stellung E gedrückt werden, entwickelt der Balg 34 mit dem angesetzten Rohr 30 einen Widerstand bzw. eine dämpfende Kraft, durch die die Schnappfeder ihren Kipp-Punkt tiberschreiten kann, während die Geschwindigkeit der sich bewegenden Einzelteile reguliert wird, wenn diese Einzelteile aus der Stellung B in die Stellung E wandern. Wenn die Schnappfeder 40 und das Betätigungsglied auf die Stellung E hinwandern, haben sie die Tendenz, vom Balg 34 abzuheben. Dadurch wird aber die Temperatur des Dampfes im Balg und im angesetzten Rohr und damit der Druck des Dampfes geringer, bis die Dampftemperatur unter die Temperatur des Balges und des Rohres abfällt. Um nun den Dampfdruck innerhalb des Balges 34 und des angesetzten Rohres 30 konstant zu halten beziehungsweise um das Druckgleichgewicht wieder herzustellen, verdampfen nun Moleküle aus der flüssigen Phase des Mediums bei 39c in das Gebiet 30d hinein. Dadurch findet in diesem Gebiet 3Od eine Wärmeübertragung statt, durch die die latente Verdampfungswärme zugefwührt wird, die für die Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf erforderlich ist. Diese hierfür benötigte Wärmemenge stammt vermutlich aus den Wandungen des Rohres 30, die das Gebiet 3Od umgeben. Da nun zwischen dem Balg 34 und dem Gebiet 3Od eine Temperaturdifferenz herrscht, und da sich das Medium, das die Wärme transportiert, teils fl*-üssig ist, teils als gesättigter Dampf vorliegt, ist das Gebiet 3Od sehr klein und der Wärmetransport durch dieses Gebiet verläuft nur langsam.

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An dieser Stelle sei bemerkt, daß der Rohrabschnitt 30 c, der dazu dient, die Wärmeübertragungszone 3Od von dem wärmeren Balg 34zu isolieren, dazu beiträgt, das Temperaturgefälle zwischen dem Balg und der Übertragungszone aufrecht zu erhalten.

Um nun den richtigen Temperaturgradienten und die besten thermische Dämpfung sicherzustellen, kann der Balg 34 mit einem kleinen 1/2-Watt-Widerstand beheizt werden. Dieser Heizwiderstand kann in ä Serie mit den Schaltkontakten gelegt werden, s>daß immer dann Strom durch den Heizwiderstand fließt, wenn die Kontakte geschlossen sind. Dieser Heizwiderstand hat dieAufgabe, den Dampf 39 im Balg 34 zu überhitzen, weiterhin den Sättigungszustand des Dampfes am Ende des Rohres 30 aufrecht zu erhalten und schließlich jedes Kondensat 39c in die Flüssigkeit 39a zu treiben, da sich an dieser Stelle die überschüssige Flüssigkeit sammelt.

Um die Kontakte auch dann öffnen zu können, wenn die Kontakte aneinander kleben, kann ein weiterer Heizwiderstand vorgesehen werden, der zwischen die Anschlüsse Ll und L2 geschaltet ist. Dieser Heizwiderstand kann zwischen dem ttohrgebiet 3Od und dem Balg 34 am Rohr 30 angeordnet sein. V/enn sich nun die Kontakte 11 und 12 nicht öffnen, weil sie aneinander läeben, wird dieser Heizwiderstand aufgehi^ezt, so daß die Temperatur des Mediums im Rohr 30 erhöht wird, ohne daß eine Erhöhung der Umgebungstemperatur vorliegt. Dadurch dehnt sich der Balg 34 aus und übt auf das Betätigungsglied oine zusätzliche Kraft aus, durch die die Kontakte geöffnet werden können.

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Aus dem Kurvenzug BC'D'E'aus Fig. 2 kann man nun sehen, daß die Kräfte, die notwendig sind, um die Einzelteile aus der Fig. 1 von der Stellung B ausgehend in die Stellung E zu verschieben,von der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf das Medium im Balg bzw. im angesetzten Rohr abhängig sind. Wenn man also dafür sofcgt, daß die Geschwindigkeit der Wärmübertragung nur klein ist und daß die Wärmeübertragung nur von oder zu einer kleinen Flüssigkeitsoberfläche erfolgt, kann man erreichen,daß die Dämpfungswirkung des Balges mit dem angesetzten Rohr der Hauptfaktor für die Regelung der Geschwindigkeit der sich bewegenden Teile im Schalter wird, so daß das Umschalten und Umschnappen des Schalterthermostaten mit nur geringer Geräuschentwicklung begleitet ist.

Nun soll beschrieben werden, wie sich die einzelnen Bestandteile des Schalters aus der Stellung E in die Schließstellung A bewegen, wenn die Umgebungstemperatur, die von dem Temperaturfühlge- w biet 3oc des Rohres 30 festgestellt wird, auf einen vorgegebenen Wert abgenommen hat, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei 21°C liegen soll. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Balg 34 und dem Temperaturfühlgebiet 3Od wird dabei aufrecht erhalten. Unter dieser Situation hat der Balg 34 die Tendenz, sich zusammenzuziehen, ' bis die Kräfte, die auf das Betätigungsglied für den Schalter einwirken, wieder im Gleichgewicht sind, so daß sich dann das Betätigungsglied zur Stelle G (Fig. 2) bewegt. Bei der Stelle G schnappt das Betätigungsglied in die Stellung A um, wie es bereits in umgekehrter Richtung beschrieben|wurde. Während dieses Vorgangs

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findet in dem verhältnismäßig kleinen Gebiet 30d eine Wärmeübertragung statt. Die Widerstandskräfte bzw. die Dämpfung stammen
aber nun von einer Kondensation des Dampfes, so daß das Gebiet
3Od aus Fig. 1 etwas nach links verschoben werden kann. Auch hier ist dieGcräuschentwicklung beim Umschalten sehr gering.

Es wird also sowohl beim Offnen als auch beim Schließen der Kontakte eine thermische Dämpfung hervorgerufen, durch die die Geschwindigkeit der Betätigungsglieder für die Kontakte beeinflußt f wird, ohne daß die statischenKräfte geändert werden, die zum Umschnappen des Schalters erforderlich sind. Diese Beeinflussung
der Geschwindigkeit der Betätigungsglieder wird nicht durch Reibungskräfte oder große träge Massen hervorgerufen, sondern ist
durch die Geschwindigkeit bedingt, mit der die Wärmeübertragung
zwischen der flüssigen' Phase 39a und der Phase aus gesättigtem
Dampf 39b des Mediums 39 im Balg 34 und dem angesetzten Rohr 30
vor sich geht.

Nun soll auf die Figuren 3 bis 8 Bezug genommen werden, in denen ein bevorzugtes Ausführur?sbeispiel für einen Schalterthermostaten 50 dargestellt ist, der zur Regelung von elektrischen Haushaltsheizgeräten verwendet werden kann. Soweit sich in den Ausftihrungsformen nach Fig. 1 und Fig. 3 die verschiedenen Einzelteile entsprechen, sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden. Der Schalterthermostat 50 weist eine Grundplatte 51 auf, in deren oberer Oberfläche eine Vertiefung 52 vorgesehen ist. An der unteren Oberfläche der Grundplatte 51 ist eine Abdeckhaube 53 befestigt, die ebenfalls eine Vertiefung 54 aufweist. In der Vertiefung 54

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sind der feststehende Kontakt 11 und der bewegbare Kontakt 12 angeordnet. Der feststehende Kontakt 11 ist auf einer Stromschiene 55 montiert, mit der eine Verbraucherklemme 56 verbunden ist. Der bewegbare Kontakt 12 ist auf einem federnden Kontaktstreifen 57 montiert, der an einer Stromschiene 58 befestigt ist und mit einer Netzklemme 59 verbunden ist. Eine Einstellschraube 60 sorgt dafür, daß der ScIiI ießdruck zwischen den Kontakten 11 und 12 eingestellt ^ werden kann.

Es ist noch ein weiteres Kontaktpaar 62 vorgesehen. Der hierzu gehörende feststehende Kontakt ist auf einer Stromschiene 63 montiert,die mit dem zweiten Verbfaucheranschluß verbunden ist. Der bewegbare Kontakt sitzt auf einem federnden Kontaktstreifen 65, der an einer Stromschiene 66 befestigt ist. Die Stromschiene 66 ist mit der zweiten Netzanschlußklemme 67 verbunden. Die Grundplatte 51 ist mit einer Trennwand 68 versehen, die in die Vertiefung 54 in der Abdeckhaube 53 hineinragt. Die Trennwand 68 dient W dazu, die Kontakte 11 und 12, die bei Temperaturänderungen geschaltet werden, von dem Kontaktpaar 62 zu isolieren, dis zum Ausschalten von Handjdient, wie es noch beschrieben wird. Die Netzklemmen 59, 67 können über Leitungen 69 und 70 mit dem Netz verbunden werden, während sich ein Verbraucher mittels der Leitungen 73 und 72 an die Verbraucherklemmen 56 und 64 anschließen läßt.

In einer Vertiefung 52 in der Grundplatte 51 ist ein Hebel 22 angeordnet, dessen eines Ende 23 schwenkbar in dei* Stufe 74 der Grundplatte eingesetzt ist, und dessen anderes Ende 25 auf einer

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Nockenscheibe 26 gleiten kann, die von einer Welle 27 herumgedreht werden kann, auf der ein Temperatureinstellknopf 28 sitzt. Am Hebel 22 greift eine Temperaturbereichsfeder 20a an,wie es dargestellt ist. Diese Feder ist ein Teil der Baugruppe 20, die auch in der Fig. 1 dargestellt ist.

Für die Halterung der Schnappfeder ist eine Halterung 75 vorgesehen, die mit zwei Vorsprüngen 76 und 77 versehen ist, die einen Λ Schlitz 78 bilden. Eine Schnappfeder 40 mit negativer Federkonstanten ist in den Schlitz 78 eingesetzt. Das Ende 43 der Schnappfeder greift an einem Verbindungsteil 44 an, dessen Seitenkanten in einen Schlitz 81 eingesetzt sind, dsr sich in den nach innen blickenden Oberflächen der Vorsprünge 76 und 77 befindet. An dem Verbindungsglied 44 greift die Einstellschraube 47 an, mit der sich die Temperaturdifferenz zwischen den Schaltpunkten einstellen läßt.

Die Abdeckhaube 53 und die Grundplatte 51 sind mittels der Schrauben 70, 80 und 82 miteinander verschraubt, wobei die Schrauben 80 und 82 auch zur Befestigung der Halterung 75 für die Schnappfeder 40 dienen. Weiterhin ist ein U-förmiger Halterungsteil 83 mit einem Flansch 84 vorgesehen, ufer mittels der Schrauben 85 an der Grundplatte 51 befestigt ist. Die SeitentcoLe des U-förmigen HaI-terungsIeils 83 sind mit 80 und 87 bezeichnet. Die Seitenteile 80 und 87 sind mit Hilfe von Vorsprüngen 88 und 89 befestigt, die an entsprechenden Aussparungen der Vorsprünge 76 und 77 der Hai-

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terung 75 angreifen. Die Seitenteile 86, 87 des Halterungsteiles 83 sind mit Kerben 90 versehen, in die Schwenkzapfen 92 und 93 des Betätigungshebels 13 eingesetzt sind, der zum Betätigungsgestänge für den Schalter gehört. Die Vorsprünge 76 und 77 der Halterung 75 sind mit einem querverlaufenden Schlitz 94 versehen, der die Anschläge 17 und 18 bildet. Das Ende 16 des Betätigungshebels 13 ragt in den Schlitz 94 hinein und greift am Ende 42 der Schnapp- ^ feder 40 an. Ein Stößel 94 ist mit seinem oberen Ende 96 in eine Öffnung in dem Betätigungshebel 13 eingesetzt. Das untere Ende 97 dieses Stößels ragt nach unten durch Öffnungen 98 und 99 in der Grundplatte 5L der Stromschiene 55 hindurch und greift an dem Kontaktstreifen 57 an, auf dem der bewegbaren Schaltkontakt 12 montiert ist.

Um den Schalterthermostaten durch Drehen des Einstellknopfes 28 bis zu seinem einen Anschlag von Hand ausschalten zu können, ist ^ die Nockenscheibe 26 unten mit einer weiteren Nockenfläche versehen, auf der ein Hebel 10^u gleiten kann. Der Hebel 1OO greift seinerseits an zwei Stiften 102 und 103 an, die durch öffnungen 104 in der Grundplatte nach unten ragen. Die Stifte 1O2 und 103 werden üblicherweise durch Federn 105 nach oben gedrückt, so daß sie die Kontaktstreifen 57 und 65 nicht berühren. Wenn man jedoch den Einstellknopf 28 und die Nockenscheibe 26 bis zu einem Anschlag ganz herum dreht, wird der Hebel 100 von der Nockenscheibe 26 heruntergedrückt, der dann seinerseits die Stifte 1.O2 und lOU gegen den Druck der Federn 105 nach unten drückt. Dadurch können die

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unteren Enden 106 der Stifte 102 und 103 an den Kontaktstreifen 57 und 65 angreifen, sd daß die Kontakte 11 und 12 sowie das Kontaktpaar 62 zwangsläufig geöffnet werden. Wenn man dagegen den Einstellknopf 28 aus dieser Anschlagstellung wieder herausdreht, gibt dieNockenscheibe 26 den Hebe}. 100 wieder frei, so daß der Hebel von den Federn 105 wieder nach oben gedrückt werden kann. Dabei werden auch die Stifte 102 und 103 nach oben gedrückt, so daß sie von den Kontaktstreifen 57 und 65 freikommen. Dadurch können die Kontakte 11 und 12 und das Kontaktpaar 62 wieder schließen.

Am oberen Ende der Feder 20a greift ein Fedex'sitz 107 an, &r mit einem Gewindebolzen 108 versehen ist. Der Gewindebolzen 108 greift am Boden 32 des Balgs 34 an. Ein Stützkörper 109 greift mit seinem oberen Ende 110 ebenfalls am Boden 32 des Balgs 34 an. Von dem Stützkörper 109 ragen zwei Streben 112 und 113 herunter, die an Messerkanten 114 und 115 des Hebels 13 angreifen. Der Balg 34 ist zwiahen den Seitenteilen 86 und 87 des Halterungsteiles 83 gehaltert.Hierzu ist eine Querstrebe 116 verwendet, ' die mit Vorsprüngen 117 versehen ist, die in Schlitzen 118 in den Seitenteilen 86 und 87 angreifen. Der Balg 34 ist in einen Bauteil 35 eingesetzt, dessen zylindrische Seitenwandung 119 den Balg 34 ganz umgibt. Der Bauteil 35 ist mit Nasen 120 versehen, die in Schlitzen in der Querstrebe 116 angreifen. An den Seitenteilen 86 und 87 sind ebenfalls Nasen vorgesehen, die am oberen ringförmigen Teil 36 des Bauteils 35 angreifen,

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An der einen Seite der Grundplatte 51 ist mittels einer Schraube 79 eine Halterungsplatte 123 befestigt. Das andere Ende der Eäterungsplatte greift mit seinen TEilen 124 in Kerben in der Halterung 75 ein. Die Halterungsplatte 123 ist mit Vorsprüngen 125 und 126 versehen, in denen Schrauben 127 und 128 sitzen, mit denen der Schaltertäermostat in ein übliches Gehäuse eingeschraubt werden kann. Auf die Enden 133 und 134 der Halterungsplatte 123 kann eine Ab- ^ deckhaube 129 mit ihren Enden 130 und 132 aufgesetzt wei'den. Die Welle 27 für die Nockenscheibe 26 geht durch eine öffnung 135 in der Abdeckhaube 129 hindurch. An den beiden Enden 136 und 137 ist dieAbdeckhaube 129 offen, so daß der Balg 34 mit dem angesetzten Rohr 30 der Strahlungswärme und der Konvektionswarme aus der Umgebung ausgesetzt ist. An der Abdeckhaube 129 ist noch ein wärmeleitendes Blech 138 befestigt, das ins Freie ragt.

Das äußerste abgeschmolzene Ende 139 des Temperaturfühlrohres 30 liegt an der Unterseite des Bleches 138 an. Ein Vorheizwiderstand 140 ist an einen mittleren Rohrabschnitt 142 des Rohres 30 mittels der Klammer 143 angedrückt. Der Vorheizwiderstand 140 ist mit den beiden Stromschienen 55 und 63 an der Verbraucherseite verbunden, s> daß nur dann durch diesen Vorheizwiderstand Strom fließt, renn sowohl die beiden Kontakte 11 und 12 als auch das von Hand zu öffnende Kontaktpaar 62 geschlossen sind. Der Widerstand 140 sorgt für das zwangsweise öffnen der Kontakte 11 und 12, wenn die Kontakte aneinander kleben, wie es bereits beschrieben wurde.

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Neben der feststehenden Wandung 3G ist in der Nähe des Balges 34 ein weiterer Heizwiderstand 144 angeordnet, der mit den Stromschienen 58 und (56 für den Netzanschluß verbunden ist. Der Heizwiderstand wird also immer dann mit Strom versorgt, wenn der Schalterthermostat an das Netz angeschlossen ist. Die Aufgabe Öes Widerstandes 144 beseht darin, dom Dampf im Balg 34 und in einem Teil des Rohres 30 zu überhitzen, wie es bereits in Verbindung mit Fig. beschrieben wurde. Der Widerstand 144 dient daher dazu, das Temperaturgefälle zwischen dem Balg 34 und dem Ende 139 des Rohres 30 ^ aufrechtzuerhalten, so daß sichergestellt ist, daß der Dampf im Balg 34 immer überhitzt ist und daß sich am Ende des Rohres 30 der Dampf im gesättigten Zustand befindet. Dadurch sammelt sich die überschüssige Flüssigkeit immer am kältesten Punkt an. Das ist in Fig. 3 die Stelle 141. Der Dampfdruck in der ganzen Anordnung stellt sich daher immer von der Stelle 141 aus ein, da dort immer Flüssigkeit und gesättigter Dampf gleichzeitig vorliegen.

Man braucht denWiderstand 144 nicht unmittelbar neben dem Balg 34 anzuordnen. Es genügt vielmehr, wenn er an irgend einer Stelle im Schalterthermostaten untergebracht ist, von der aus er die Temperatur im Balg 34 beeinflussen kann. Weiterhin sei bemerkt, daß das Blech 138 auch als Kühlfalle dient und dazu beiträgt, daß das richtige Temperaturgefälle zwischen dem Balg 34 und dem Ende des Rohres 3o aufrechterhalten wird. Die Temperatur am anderen Ende der Anordnung wird durch den Widerstand 144 bestimmt.

Da derijchalterthormostat 50 nach den Fig. 3 bis 8 genauso arbeitet wie der SchalterthermoBtat nach Fig. 1, kann auf die Beschreibung seiner Wirkungsweise verzichtet werden.

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Bei dem Schalterthermostaten nach der Erfindung ist also die Geschwindigkeit, mit der der Betätigungshebel 13 während des Umschnappens des Schalters bewegt wird, von der Geschwindigkeit abhängig, mit der die Dampfmoleküle in den Balg 34 eindringen oder den Balg verlassen. Dieses wiederum hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der das Medium am kältesten Teil der Anordnung verdampft oder kondensiert. Hierfür kommt es aber nur auf die Geschwindigkeit an, mit der Wärmeenergie auf denDampf in dem Balg übertragen werden kann. Somit ist erfindungsgeraäß die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen dem gesättigten Dampf und der flüssigen Phase des Mediums innerhalb des Balges und des angesetzten Rohres für die Steuerung der Geschwindigkeit der Einzelteile des Schalters beim Umschnappen die entscheidende Größe. Außerdem ist der erfindungsgemäße Schalterthermostat billig herzustellen und verhältnismäßig einfach aufgebaut und verfügt über überlegene Betriebseigenschaften.

P Die Grundlagen, auf denen die Erfindung beruht, sind anhand einer Ausführungsform für einenSchalterthermostaten beschrieben worden. Dieses stellt keine Beschränkung dar, da viele weitere Anwendungen und Ausführungsformen möglich sind. Wenn man den erfindungsgemäßen Schalterthermostaten beispielsweise zur Steuerung oder Regelung eines Kühlgerätes benutzen will, wird man dafür sorgen,daß die Kontakte während eines Kühlzyklus geschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, die Betätigungsglieder der beschriebenen Ausführungsform dazu zu verwenden,noch weitere Kontaktpaare zu schalten. Hierzu ist beispielsweise die Verlängerung 19c aus Fig. 1 gut geeignet.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   3, Schalterthermostat mit umschaltbaren Schaltkontakten, die von einem Betätigungsglied geschaltet sind, weiterhin mit einer Feder,, die mit dem Betätigungsglied verbunden ist, durch die die Schaltkontakte von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung überführbar sind, und mit einem temperaturempfindlichen Mecha- nismus, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Betätigungsglied ein dicht abgeschlossener, dehnbarer Bauteil verbunden ist, durch den auf das Betätigungsglied bei vorgegebenen Temperaturen eine h^termische Dämpfung ausgeübt ist, wenn das Betätigungsglied zwischen den beiden Schaltstellungen hin- und herbewegt ist, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungsgliedes reguliert ist.
2. 2. Schalterthermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturempfindliche Me- f chanismus einen vorgegebenen Temperaturbereich besitzt und eine ausdehnbare Kammer aufweist, die mit dem Betätigungsglied verbunden ist, daß mit der ausdehnbaren Kammer ein hohler Temperaturfühler in Verbindung steht, daß die ausdehnbare Kammer und der hohle Temperaturfühler bei einer Temperatur oberhalb des vorgegebenen Temperaturbereiches mit einem Medium gefüllt sind, das bei Fülltemperatur dampfförmig ist und bei Temperaturen in diesem vorgegebenen Temperaturbereich teils in flüssiger Phase, teils als gesättigter Dampf vorliegt, derart, daß zfmlndeet ein Teil

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   der flüssigen Phase in dem hohlen Temperaturfühler gesammelt ist, daß der hohle Temperaturfühler weiterhin ein Wärmeübertragungsgebiet aufweist, das bei der Verdampfung und der Kondensation des Mediums mit der dort vorhandenen Flüssigkeit und dem darüber stehenden gesättigten Dampf in Berührung steht, und daß die Temperatur der ausdehnbaren Kammer höher als die Temperatur des Wärmeübertragungsgebietes ist, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des BetätJgmgsgliedes durch die Geschwindigkeit der Wärme-P Übertragung zu oder von der im Wärmeübertragungsgebiet vorhandenen

   Flüssigkeit bestimmt ist.
3. 3. Schalterthermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, durch die Dampfkondensat aus der ausdehnbaren Kammer in den hohlen Temperaturfühler hineintreibbar ist, so daß der Dampl" in der Kammer zumindest zeitweilig überhitzt ist.

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4. 4. Schalterthermostat nach Anspruch 2 oder 3, dad ure h

   g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Heizvorrichtung derart angeordnet ist, daß durch sie der Dampfdruck innerhalb der ausdehnbaren Kammer erhöhbar ist.
5. 5. Schalterthermostat nach Anspruch 2, 3 oder 4, g e Ic e η η -

   zeichnet durch eine Vorrichtung zur AuJrochiorhaltung des Temperai urgefalles zwischen dor ausdehnbaren Kammer und dem hohlen Temperaturfühler.

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6. 6. Schalterthermostat nach einem oder mehreren der Ansprüche

   2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem hohlen Temperaturfühler eine metallische Kühlrippe in Berührung steht.
7. 7. Schalterthermostat nach einem oder mehreren der Ansprüche Ibis 6, gekennzeichnet durch eine Feder, durch die das Betätigungsglied in seine eine Grenzstellung gedrückt ist, und durch eine zweite Feder mit negativer Federkonstanten, durch die das Betätigungsglied schnell zwischen seinen beiden Grenzstellungen hin- ader herbewegbar ist.

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