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Bimetallschalter mit Schnappsystem Die Erfindung bezieht sich auf
einen Bimetallschalter mit Schnappsystem, das außer einem Bimetallstreifen eine
Omega-Feder aufweist. Derartige Schalter kommen für verschiedene Anwendungszwecke,
insbesondere als Raumthermostaten, zur Verwendung.
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Es ist bekannt, ein übliches Schnappsystem, z. Be einen Mikroschalter,
durch einen Bimetallstreifen zu belasten.
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Hierbei kann die Form des Bimetallstreifens relativ frei gewählt werden.
Beispielsweise kann der Bimetallstreifen gebogen werden, wenn eine vorbestimmte
Streifenlänge in einem Gehäuse mit begrenzten Abmessungen untergebracht werden muß.
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Konstruktiv einfacher ist ein anderer bekannter Bimetallschalter,
bei dem der Bimetallstreifen selbst Teil eines Schnappsystems ist. Zu diesem Zweck
ist der Bimetallstreifen einseitig eingespannt und wirkt mit seinem freien Ende
auf eine mit ihm in Reihe liegende Omega-Feder. Bei einer solchen Konstruktion kann
die Form des Bimetallstreifens nicht mehr frei gewählt werden; er muß im Schnappsystem
als in seiner Längserstreckung steifer Arm wirken. Außerdem addiert sich die Länge
des Bimetallstreifens und weiterer Teile des Schna'ppsystems, insbesondere der Omega-Feder,
so daß es häufig nicht gelingt, in einem Gehäuse vorgegebener
Größe
eine ausreichende Länge des Bimetalls unterzubringen.
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Außerdem bereitet die Montage der Teile des Schnappsystems Schwierigkeiten,
weil diese die Tendenz haben, seitlich auszubreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bimetallschalter mit
Schnappsystem anzugeben, der eine einfache Konstruktion hat, leicht zu montieren
ist und verhältnismäßig wenig Platz benötigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bimetallstreifen
an beiden Enden und auf derselben Seite je einen winklig dazu stehenden Arm aufweist,
von denen sich der erste gelenkig an einem ersten festen Lager ab stützt und der
zweite gelenkig an der Omega-Feder anliegt, die sich in Richtung auf das erste feste
Lager erstreckt und deren anderes Ende gelenkig an einem zweiten festen Lager abgestützt
ist.
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Bei dieser Konstruktion bestimmt die Länge des Bimetallstreifens die
Gesamtlänge des Schnappsystems0 Man kann daher in einem Gehäuse mit vorgegebenen
Abmessungen eine relativ große Länge des Bimetallstreifens unterbringen. Die gelenkige
Abstützung des Bimetallstreifens im ersten festen Lager erlaubt es, daß der Bimetallstreifen
dem Umschnappen nicht nur durch eine Verformung, sondern auch durch eine Verschwenkung
folgt, so daß sich ein leichtes und schnelles Umschalten ergibt. Die Omega-Feder
hat nicht nur die Funktion einer Schnappfedery sondern drückt gleichzeitig den ersten
Arm gegen das erste feste Lager. Diese Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil,
daß beim Montieren der beweglichen Teile des Schnappsystems die Tendenz der Teile,
seitlich auszubrechen, geringer ist; im notfall endet die Bewegung durch Anschlag
des Bimetallstreifens am zweiten festen Lager.
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Durch die Verwendung der beiden winklig stehenden Arme erreicht man
es, daß die Totpunktebene des Schnappsystems die durch die beiden festen Lager und
das Gelenk zwischen Omega-
Feder und zweitem Arm bestimmt ist, außerhalb
der Ebene des Bimetallstreifens liegt, so daß die AusfUhrung des Bimetallstreifens
von der Anordnung der Lager und Gelenke unabhängig ist. Vorzugsweise verläuft der
Bimetallstreifen im Ruhezustand parallel zu dieser Totpunktebene, indem die beiden
festen Lager etwa den gleichen Abstand vom Bimetallstreifen haben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem dem ersten Lager
zugeordneten Bimetallstreifenende ein Hebel angebracht, an dessen freiem Ende eine
Einstellvorrichtung angreift.
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Durch diesen Einstellhebel wird der Bimetallstreifen insgesamt verschwenkt
und dadurch der Arbeitspunkt geändert, was wegen der gelenkigen Lagerung des Streifens
möglich ist.
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Weirn der Einstellhebel zum Bimetallstreifen parallel verläuft, ergibt
sich eine besonders platzsparende Bauform. Dies gilt insbesondere dann, wenn der
Einstellhebel auf der - bezogen auf den Bimetallstreifen - gegenüberliegenden Seite
des ersten Lagers am ersten Arm angebracht ist und sich in Richtung auf die Omega-Feder
erstreckt.
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DaKiber hinaus besteht die Möglichkeit, daß der Einstellhebel ein
zweiter Bimetallstreifen ist, der sich gegensinnig zum ersten Bimetallstreifen biegt.
Auf diese Weise kann die wirksame Länge des Bimetallstreifens ganz erheblich vergrößert
werden, ohne daß zusätzlicher Platz benötigt wird.
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Insbesondere ist der erste Arm durch einen U-förmigen BUgel gebildet,
an dessen beiden Schenkeln der erste Bimetallstreifen und der Einstellhebel befestigt
sind und dessen Mittelsteg auf der der Omega-Feder zugekehrten Seite eine Vertiefung
zur Aufnahme der Schneide des ersten Lagers aufweist.
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Der Einstellhebel kann durch das freie Ende einer Blattfeder belastet
sein, die am ersten Lager befestigt ist. Auf diese Weise wird der Einstellhebel
sicher an der Einstellvorrichtung
gehalten und die für das erste
Lager benötigte Konstruktion für einen zweiten Zweck ausgenutzt. Besonders vorteilhaft
ist es hierbei, wenn die Schneide einstückig mit der Blattfeder ausgebildet ist,
weil das dünne Material der Blattfeder eine vorzügliche Schneide bildet. Die Vertiefung
im Mittelsteg kann zum Teil durch einen schlitzartigen Durchbruch gebildet sein,
in welchem ein über die Schneide des Lagers vorstehender Lappen ergreift. Damit
ergibt sich eine sichere Führung der beweglichen Teile im Bereich des ersten Lagers,
Sodann ist es zweckmäßig, wenn der Einstellhebel am freien Ende eine Justierschraube
trägt, deren Kopf dem Bimetallstreifen zugewandt ist, und daß zumindest der Bimetallstreifen
einen Längsschlitz aufweist, der in Höhe der Justierschraube verläuft. Die Justierschraube
dient dazu, die Anzeige der Einstellvorrichtung mit dem tatsächlich erzielten Arbeitspunkt
in Übereinstimmung zu bringen. Die Schraube ist durch den Schlitz leicht erreichbar.
Darüber hinaus dient der Schlitz bei an der Wand angebrachtem Gerät einer besseren
Lüftung, so daß die gesamte Bimetallfläche mit der Raumluft in Berührung kommt,
Außerdem ist der Schlitz nützlich, um eine Quervebiegung des Bimetallstreifens zu
verhindern.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dafür gesorgt, daß der
zweite Arm durch einen Block gebildet ist, der an gegenüberliegenden Seitenwänden
je eine Nut aufweist, und daß der Bimetallstreifen eine Aussparung mit treppenförmiger
Begrenzung besitzt, bei der eine erste Stufe einen größeren Querschnitt als der
Block hat und die Seitenwände einer zweiten, hieran in Richtung des freien Endes
des Bimetallstreifens anschließende Stufe in die Blocknuten greifende Führungsschienen
bilden, Dieser Block wird einfach durch die Aussparung des Bimetallstreifens an
Ort und Stelle geschoben und dort durch die Spannung der Omega-Feder gehalten. Dies
ergibt eine äußerst einfache Montage.
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Ferner kann am zweiten Arm ein Schneidenlager zum Angriff an der Omega-Feder
parallel zum Bimetallstreifen einstellbar angebracht sein. Insbesondere kann das
Schneidenlager durch die Außenkante des Mittelstegs eines U-förmigen Blechstanzteils
gebildet sein, dessen Schenkel in einem zweiten Paar von Nuten an den Blockseitenwänden
geführt sind, wobei eine durch den Block geschraubte Justierschraube auf die Innenkante
des Mittelstegs wirkt0 Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Konstruktion, bei
der auch dieses Schneidenlager durch die Kraft der Omega-Feder an Ort und Stelle
gehalten wird0 Die Justiermöglichkeit führt zu einer Veränderung der Spannung der
Omega-Feder und damit zur Möglichkeit, die Umschaltgeschwindigkeit zu ändern.
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Der zweite Arm kann auch noch zu weiteren Funktionen herangezogen
werden. Insbesondere kann er aus Isolierstoff bestehen und ein Betätigungselement
für die elektrischen Kontakte tragen, Hierbei empfiehlt es sich, wenn das Betätigungselement
an mindestens einem beweglichen Kontaktträger angreift, dessen Kontakt in der Ruhestellung
federnd gegen einen festen Kontakt anliegt. Durch diese Trennung des Schnappsystems
und des Kontaktsystems können beide Systeme unabhängig voneinander justiert werden,
was den Einbau erheblich erleichtert0 Außerdem läßt sich infolge der Trennung der
beweglichen Massen des Schnappsystems vom Kontakt-dessen Prellneigung verringern
und die Prellzeit herabsetzen.
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Der zweite Arm kann auch noch zur Festlegung der Differenz herangezogen
werden, wenn die gegebenenfalls verstellbaren Begrenzungsanschläge des Schnappsystems
an den zum Bimetallstreifen parallelen Seitenflächen des Blocks angreifen.
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Um das Schnappsystem auf einfache Weise in einem Gehäuse befestigen
zu können, wird vorzugsweise ein gebogenes Blechstanzteil mit einer Grundplatte
verwendet, die an einer Seite zwei etwa in der gleichen Ebene liegende, hochgebogene
Lappen hat, die zur Bildung der beiden festen Lager dienen und ein Befestigungsstück
für eine Achse der Einstellvorrichtung
im Bereich zwischen den
Lappen aufweist. Auf diese Weise ist eine eindeutige Zuordnung zwischen der Einstellvorrichtung
und den festen Lagern geschaffene Neben den beiden Lappen kann noch ein dritter
Lappen hochgebogen sein, der einen Begrenzungsanschlag trägt.
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Ferner kann an beiden Stirnseiten der Grundplatte je ein Lappen hochgebogen
sein, der Mittel zur Befestigung einer von der Einstellvorrichtung durchsetzten
Abdeckkappe aufweist. Da die stirnseitigen Lappen eine vorgegebene Lage zum Befestigungsloch
fUr die Einstellvorrichtung haben, ist sichergestellt, daß das Loch in der Abdeckkappe
genau koaxial zur Achse der Einstellvorrichtung angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen
Bimetallschalters mit abgenommenen Deckel, Fig. 2 eine Draufsicht mit geschnittenem
Schaft der Einstellvorrichtung, Fig, 3 eine Explosionsdarstellung der funktionswesentlichen
Teile des Bimetallschalters, Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm der Omega-Feder und Fig.
5 in einem Diagramm die im System auftretenden Kräfte in Abhängigkeit vom Weg.
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Der Bimetallschalter ist in einem Gehäuse 1 untergebracht, das durch
einen nur gestrichelt veranschaulichten Deckel 2 abdeckbar ist. Den Deckel durchsetzt
ein Handrad 3 zum Einstellen des Arbeitspunktes. Im Gehäuse befinden sich neben
einander ein Anschlußsystem 4, ein Schnappsystem 5 und ein
Schaltsystem
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Das Anschluß system verfügt über eine Einführung 7 im Boden und eine
Reihe von Anschluß schrauben 8 zu beiden Seiten der Einführung.
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Das Schnappsystem 5 ist auf einer Bodenplatte 9 montiert, die mittels
Schrauben 10, 11 am Gehäuseboden befestigt ist.
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Die Grundplatte trägt an einander gegenüberliegenden Stirnseiten hochgebogene
Lappen 12, 13 mit Gewindelöchern 14, 15 ur Befestigung des Deckels 2. An einer Seite
sind Lappen 16, 17 und 18 hochgebogen. Der Lappen 16 trägt eine Blattfeder 19, die
gleichzeitig eine Schneide 20 und einen Führungslappen 21 für ein erstes festes
Lager bildet. Der Lappen 17 trägt Schneiden 22 zur Bildung eines zweiten festen
Lagers. Der Lappen 18 weist ein Gewinde für eine Begrensungs-Stellschraube 23 auf.
In der Bodenpiatte befindet sich noch ein Befestigungsloch 63 zur Aufnahme einer
Achse 61 der als Kurvenscheibe 62 ausgebildeten Einstellvorrichtung, die mit dem
Einstellknopf 3 fest verbunden ist.
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Ein erster Bimetallstreifen 24 ist an einem Ende mit einem ersten
Arm 25 in der Form eines U-förmigen Bügels und am anderen Ende mit einem, einen
zweiten Arm bildenden Block 26 aus Isoliermaterial versehen. Während der Bimetallstreifen
24 am Schenkel 27 des Bügels 25 befestigt ist, trägt dieser am gegenüberliegenden
Schenkel 28 einen zweiten Bimetallstreifen 29, der sich in entgegengesetzter Richtung
wie der Streifen 24 biegt. Der zweite Bimetallstreifen 29 dient als Einstellhebel
und liegt unter der Wirkung der Blattfeder 19 mit einer Stellschraube 30 an der
Kurvenscheibe 62 der Einstellvorrichtung an. Die Streifen 24 und 29 sind mit Luftdurchtrittsschlitzen
31, 32 versehen.
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Der Schlitz 31 ermöglicht auch eine Betätigung der Schraube 30. Im
Mittelsteg 33 des Bügels 25 befindet sich eine längliche Einbuchtung 34, in der
die Schneiden 20 aufgenommen
werden. In der Mitte der Einbuchtung
ist ein Durchbruch vorgesehen, der den Fuhrungslappen 21 aufnimmt.
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Der Block 26 besitst ein erstes Paar von Seitennuten 35, in welche
die Schenkel 36 eines U-förmigen Blechstanzteils 37 greifen. Dieses bildet mit seiner
Stirnkante ein Schneidenlager 38 zur gelenkigen Verbindung mit dem einen Ende 39
einer Omega-Feder 40, deren anderes Ende 41 in den Schneiden 22 des zweiten festen
Lagers gehalten ist. Eine in den Block 26 eingedrehte Schraube 42 wirkt auf die
Innenkante 43 des Schraubenende gedrückt wird. Ein zweites Paar von seitlichen Nuten
44 im Block 26 dient zur Befestigung am Bimetallstreifen 24. Zu diesem Zweck besitzt
dieser Streifen eine Aussparung 45 mit treppenförmiger Begrensung. Die erste Stufe
46 hat einen solchen Querschnitt, daß der Block 26 hindurchgeschoben werden kann.
Die zweite Stufe 47 bildet dagegen mfhrungsschienen, auf welche der Block 26 mit
seinen Seitennuten 44 unter dem Einfluß der Omega-Feder 40 geschoben wird.
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Außerdem trägt der Block 26 an einem Fortsatz 48 ein Betätigungselement
49 zur Verstellung des Schaltsystems. An der Fläche 50 des Blocks 26 vermag die
Begrenzungsschraube 23 anzugreifen, an der gegenüberliegenden Fläche 51 vermag eine
Begrenzungsschraube 52 anzugreifen, die in einer Halterung 53 gefUhrt ist.
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Das Schaltsystem besitzt einen feststehenden mittleren Doppelkontakt
54 und zwei äußere bewegliche Kontakte 55 und 56. Jeder Kontakt sitzt an einem Kontaktträger
57, 58, 59, von denen der mittlere 58 im wesentlichen steif ist, während die beiden
äußeren Träger 57 und 59 in der Nähe ihrer Einspannung federnd beweglich und nur
über ihren äußeren Teil durch seitlich hochgebogene Kanten 60 versteift sind. Die
Federung ist derart, daß die beweglichen kontakte 55, 56 in ihrer Ruhestellung federnd
gegen den festen Kontakt 54 anliegen. Die äußeren Träger 57 und 59 stehen so weit
über die sugehdrigen Kontakte hinaus, daß
das Betätigungselement
49 an ihnen angreifen und die Kontakte gegen die Federkraft ihres Trägers vom festen
Kontakt abheben kann.
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Zur Erläuterung der Betriebsweise sei auf die Fig. 4 und 5 verwiesen.
Fig. 4 zeigt, welche Kraft die Omega-Feder 40 senkrecht zur Totpunktebene ausübt,
wenn sich der Gelenkpunkt 38, 39 um den Weg S verschiebt. Eingetragen sind zwei
Wege S1 und S2, die mit Hilfe der Begrenzungsschrauben 23, 52 einstellbar sind.
Die Omega-Feder durchläuft hierbei einen nahezu linearen Teil ihrer Charakteristik,
wobei im Totpunkt eine Umkehr der Kraftrichtung auftritt.
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In Fig. 5 ist dieser lineare Teil der Omega-Feder-Charakteristik mit
U bezeichnet. Da das Betätigungselement 49 nach Durchlaufen eines vorgegebenen Totganges
einen Kontakt mitnimmt, muß die Federkraft des zugehörigen Kontaktträgers 57 oder
59 berücksichtigt werden. Diese Federkraft ist als Kurve V dargestellt. Da sie der
Kraft der Omega-Feder überlagert ist, ergibt sich eine systemeigene Kennlinie W.
Wenn der Endpunkt der Bimetallanordnung beim Umschnappen längs des Weges S bewegt
wird, ergibt sich der Kraftverlauf I.
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Es sei angenommen, daß durch die Begrenzungsschrauben 23 und 52 der
Weg S1 festgelegt ist Dann kann das System erst umschnappen, wenn die Bimetallkraft
den positiven Wert 1 erreicht. Dann schnappt das System in seine andere Endlage.
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Bei symmetrischer Anordnung erreicht die Kennlinie W den Punkt -P1,
während das Bimetall lediglich den Wert -P2 erreicht. Die Bimetallanordnung muß
dann eine weitere negative Kraft entwickeln, ehe bei Erreichen des Punktes -P1 ein
RUckschalten erfolgt, wobei die Kennlinie W wieder den Punkt +P1, die verschobene
Kennlinie X dagegen den Punkt +P2 erreicht Die Differenz P entspricht dabei der
Temperaturänderung, die nach einem Umschalten erforderlich ist, damit ein RUckschalten
erfolgt. Gestrichelt sind in der gleichen Figur die Verhältnisse für einen größeren
Weg S2 dargestellt. Man erkennt,
daß sich dann auch eine größere
Differenz A pl ergibt.
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Während durch die Schrauben 23 und 52 die Differenz des Bimetallschalters
eingestellt werden kann, wird durch Verdrehen des Handrades 3 der Arbeitspunkt des
Schalters festgelegt,' also diejenige Mitteltemperatur, bei der das Umschalten erfolgen
soll. Mit EIilfe der Schraube 30 kann die genaue Eichung der Skala am Handrad 3
erfolgen. Mit Hilfe der Schraube 42 kann die Spannung der Omega-Feder 40 verändert
werden und damit die Steilheit ihrer Kennlinie, d. h. unter anderem die Geschwindigkeit
des Umschaltens, die für die Kontaktprellung wesentlich ist.
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Bei der Montage können alle Teile des Schnappsystems auf der Grundplatte
vormontiert werden. Alsdann wird die Grundplatte neben dem Schaltsytem in das Gehäuse
eingebaut und schließlich über alles der Deckel gestülpt und an den Laschen 12 und
13 festgeschraubt.