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Die
Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung z.B. für Hausgerätetüren mit
einem durch einen bimetallischen Antrieb zwischen einer Öffnungs- und
einer Schließstellung
bewegbaren Verriegelungsglied.
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Grundsätzlich sind
bimetallgesteuerte Sperrvorrichtungen bei Hausgerätetüren bekannt.
Bei einem aus
DE 37
09 660 C2 bekannten Verschluss für insbesondere eine Waschmaschinentür ist als
Antrieb für
einen das handbetätigbare
Verriegelungsglied in Verriegelungsstellung sperrenden Sperrschiebers
eine bimetallische Schnappscheibe vorgesehen. Diese bimetallische
Schnappscheibe sorgt bei Aufheizung für eine sprungartige Sperrung
des Verriegelungsgliedes durch den Sperrschieber. Nach einer solchen
Sperrung erfolgt eine Abschaltung des Heizstromes für die Bimetall-Schnappscheibe.
Diese springt infolge ihrer Erkaltung wieder in ihre Öffnungsstellung
zurück.
Hier dient die bimetallische Erwärmung
der Schnappscheibe lediglich zur Bewegung eines Sperrschiebers für ein Sperrglied
und nicht für
unmittelbar das Verriegelungsglied der Gerätetür.
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DE 196 01 228 A1 betrifft
eine allerdings nicht bimetall- sondern elektromagnetisch gesteuerte Sperrvorrichtung
für den
ebenfalls manuell zu betätigenden
Verriegelungskörper
einer Wasch- oder Spülmaschinentür. Bei dieser
Sperrvorrichtung beaufschlagen zwei hintereinandergeschaltete Elektromagneten
ein Verschiebe- oder Schwenk-Übertragungsglied,
welches von einer bistabilen Feder beaufschlagt ist. Das Übertragungsglied überträgt den von
den Elektromagneten erzeugten Spannantrieb für die bistabile Feder. Nach
deren Spannung über eine
Totpunktlage hinaus wirkt der Expansionsdruck der gespannten bistabilen
Feder als Verschiebeantrieb auf einen Sperrschieber. Der Sperrschieber
fällt aufgrund
des auf das Übertragungsglied
einwirkenden Expansionsdruckes der bistabilen Feder sperrend in
eine Rastöffnung
des manuell geschlossenen Verriegelungs körpers der Waschmaschinentür ein. Zur
Entsperrung des Verriegelungskörpers
treiben die beiden Elektromagneten das Übertragungsglied in eine entgegengesetzte,
den Sperrriegel aus seiner Sperrstellung aushebenden Richtung. Dabei
wird wiederum die bistabile Bewegungsfeder zunächst gespannt. Nach der Rücküberwindung
der erwähnten
Totpunktlage expandiert die Bewegungsfeder und treibt damit den
Rest der Entsperrung an. Diese Sperrvorrichtung ist schon durch
ihre Vielteiligkeit sehr kosten- und vor allen Dingen raumaufwendig.
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Vorliegend
geht es indessen darum, mit einfachen Mitteln sicherzustellen, dass
eine einmal verriegelte Tür
auch bei Spannungsunterbrechung oder Spannungsausfall nicht zu öffnen ist.
Das ist besonders wichtig bei mit sehr hohen Temperaturen arbeitenden
Hausgeräten.
Dort muss die Verriegelung bis zu einer Abkühlung auf ungefährliche
Temperaturen aufrecht erhalten bleiben, auch wenn die Stromversorgung
ausfällt.
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Neben
den hohen Sicherheitsanforderungen ist es eine besondere Aufgabe,
die Verriegelungsvorrichtung einfach und dadurch kostensparend herzustellen.
Sie soll raumsparend realisierbar sein, auch um den Gestaltungsspielraum
für das
Gerätedesign nicht
einzuschränken.
Schließlich
soll ihr Betrieb energiesparend und umweltfreundlich, z. B. geräuscharm
sein.
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Diese
Aufgaben werden durch Anspruch 1 gelöst bzw. erleichtert. Die bimetallischen
Antriebe steuern direkt die Verriegelungs- und die Entriegelungsbewegung
und nicht nur einen die Beweglichkeit des Verriegelungsgliedes in
Verschlussstellung sperrenden Sperrschieber. Ein Energieverbrauch
fällt nur
während
des Umschaltvorganges an und dort auch nur zur Bewältigung
des ersten Teils der Verriegelungs- oder der Entriegelungsbewegung
bis zur Überschreitung
der Totlage des Kippsprungwerkes. Danach übernimmt das Kippsprungwerk
nicht nur den zweiten Teil bzw. die Vollendung der Verschiebebewegung
bzw. des Umschaltvorganges sondern bevorzugt auch die Abschaltung
der elektrischen Bimetallbeheizung. Das Funktionssystem ist also
ab Überschreitung
der Totlage des Kippsprungwerkes stromlos und die Verriegelungs-
bzw. Entriegelungsposition ist trotzdem stabil. Bevorzugt sind derart
sowohl die Verriegelungsbewegung als auch die Entriegelungsbewegung
gesteuert. Der erreichte Endzustand, also die Verriegelungs- und die Entriegelungsstellung
sind lagestabil. Es handelt sich um ein bistabiles Gesamtsystem.
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Ein
weiterer, besonderer Vorteil liegt in der konstruktiv einfachen
und vor allen Dingen sehr raumsparenden Bauweise, wie sie insbesondere durch
die in Anspruch 6 niedergelegte Positionierung des Verriegelungsschiebers
gegenüber
den beiden Bimetallen erreicht wird. Anspruch 7 ermöglicht einen besonders
reibungsarmen Antrieb des Verriegelungsschiebers, auf welchen die
Bimetalle praktisch direkt einwirken. Dass der Verriegelungsschieber
bei der bevorzugten Ausführungsform
durch sein Aufsatteln auf ein parallel zu ihm angeordnetes, antriebsmäßig gleichwirkendes
Antriebsglied zweiteilig ausgebildet ist, hat einerseits fertigungs-
bzw. montagetechnische Gründe.
Beide Teile könnten
funktionstechnisch auch zu einem einstückigen Verriegelungsschieber
miteinander verbunden sein. Andererseits bewirkt diese zweiteilige
Ausbildung eine schwebende Halterung und Lagerung des als Koppelbrücke ausgebildeten
Antriebsgliedes an den Enden der Bimetalle, ohne dass auf den Verriegelungsschieber
einwirkende Lagerkräfte
auf die Koppelbrücke
und damit die Bimetalle einwirken und die schwebende Lagerung der
Koppelbrücke
beeinträchtigen, die
durch den Energiespeicher des Kippsprungwerkes (Anspruch 14) in
ihrer Anlage an den Bimetallenden gehalten wird (Ansprüche 10-13).
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Weiter
kapseln Koppelbrücke
und Verriegelungsschieber zwischen sich das Kippsprungwerk, welches
dadurch auch von dem Bimetallantrieb abgeschirmt ist. Diese Ausgestaltung
ist insbesondere Gegenstand des Anspruches 15. Sämtliche Bewegungen der Funktionsteile
der Verriegelungsvorrichtung vollziehen sich in der Gehäuselängsebene
(Ansprüche
18-21). Das erleichtert. auch einen montagefreundlichen Aufbau nach
Anspruch 21.
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Der
Gegenstand der Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigt
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1 die
Verriegelungsvorrichtung mit ihren sämtlichen funktionswesentlichen
Einzelteilen in Explosionsdarstellung.
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2 eine
Draufsicht auf das Gehäuseunterteil
mit einliegend sämtlichen
wesentlichen Funktionsteilen der Verriegelungsvorrichtung in Entriegelungsstellung
des Verriegelungsschiebers.
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3 eine
Darstellung analog 2 mit in Verriegelungsstellung
befindlichem Verriegelungsschieber.
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4 eine
Darstellung der antriebsmäßigen Verbindung
der Bewegungsenden der Bimetalle mit der Koppelbrücke.
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4a einen
Ausschnitt IVa-IVa in 4 betreffend die Schneidenlagerung
der Koppelbrücke auf
den Bimetallenden.
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5 + 7 das
Einwirken des Verriegelungsschiebers auf konstruktiv unterschiedlich
gestaltete Türverriegelungen
in jeweiliger Entriegelungsstellung einer Tür.
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6 + 8 Darstellungen
analog 5 und 7 in jeweiliger Verriegelungsstellung
des Verriegelungsschiebers. Innerhalb des aus Isolierstoff bestehenden
Gehäuseuntereils 1 ist
ein Verriegelungsschieber 2 in Querrichtung 3 zwischen
seiner Entriegelungsstellung (2) und einer
Verriegelungsstellung (3) in Querrichtung 3 längsverschiebbar
gelagert. Er weist die Umrissform eines auf seinem Kopf stehenden
T auf und steht sowohl mit den beiden Horizontalenden 4, 5 des
T-Querbalkens als auch mit dem freien Vertikalende 6 des
T-Längsbalkens
durch Gehäuseöffnungen 7 in
den Seitenwänden
des Gehäuseunterteils 1 nach
außen
hinaus. Die Enden 4-6 sind die Antriebsenden des
Verriegelungsschiebers 2, die zu Verriegelungszwecken mit
türseitigen
Verriegelungselementen 8 unmittelbar (5, 6)
oder über
zwischengeschaltete Übertragungsglieder 9 z.
B. in Form eines Schwenkhebels mittelbar einwirken. Die Verriegelungselemente 8 sind
z. B. Teil einer zu verriegelnden Gerätetür.
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Etwa
rechtwinklig zur Querrichtung 3 sind innerhalb des Geräteunterteil 1 zwei
Bimetalle 10, 11 angeordnet. Sie sind streifenartig
ausgebildet. Die Streifenebene verläuft rechtwinklig zur Zeichnungsebene
der 1-4. Die Streifenebenen verlaufen parallel
zueinander und halten zwischen sich einen gewissen Seitenabstand
ein. Die Bimetalle sind mit ihren Fußenden 12, 13 gehäuseseitig
fixiert. Dort sind sie fest mit den Kontaktzungen 14, 15 verschweißt, die
in Schlitzen 16 innerhalb der Gehäuseseitenwand 17 fixiert
einliegen und mit ihren Kontaktenden aus dem Gehäuseinnenraum von außen kontaktierbar
hinausstehen (2, 3).
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Die
Bimetalle 10, 11 greifen mit ihren Bewegungsenden 18, 19 an
dem in Querrichtung 9 verschiebbaren Verriegelungsschieber 2 mittelbar
an. Diese Mittelbarkeit ist allerdings nur insoweit vorhanden, als
zwischen den Bewegungsenden 18, 19 der Bimetalle 10, 11 und
dem eigentlichen Verriegelungsschieber 2 eine Koppelbrücke 20 zwischengeschaltet ist,
die indessen durch ihren Formschlusseingriff 21 in den
Verriegelungsschieber und durch ihre antriebsmäßige Gleichwirkung sowie ihre
Parallellage zum Verriegelungsschieber 2 funktionsmäßig als
Bestandteil des Verriegelungsschiebers 2 anzusehen ist.
Die Zweiteiligkeit von Koppelbrücke 20 und
Verriegelungsschieber 2 hat u. a. fertigungs- bzw. montagetechnische
Gründe.
Die beiden Bimetalle 10, 11 bilden in Draufsicht
gemeinsam mit dem Verriegelungsschieber 2 bzw. seiner Koppelbrücke 20 gewissermaßen die
beiden Vertikalschenkel und den aufgesattelten Horizontalschenkel
eines dem griechischen Buchstaben π entsprechenden Gesamtgebildes.
Montagetechnisch sind der Verriegelungsschieber 2 bzw.
die Koppelbrücke 20 auf
die Bewegungsenden 18, 19 der beiden Bimetalle 10, 11 aufgesetzt. Die
beiden Bimetalle 10, 11 wirken also wie die beiden
Pfeiler eines Brückenhauptes
als Trageteile für die
Koppelbrücke 20,
deren Längsführung vom
Gehäuseboden 22 und
dem Gehäusedeckel 23 als
Seitenführungen
bewirkt ist, wenn sich das Gehäuse
in seinem Montageendzustand befindet. Diese Lagerung bzw. Halterung
der Koppelbrücke 20 ist
besonders reibungsarm und dadurch auch energiesparend. Die Bimetalle 10, 11 stehen
mit ihren Bewegungsenden 18, 19 in Ausnehmungen 24 an
der ihnen zugewandten Flanke der Koppelbrücke 20 hinein. Die Ausnehmungen 24 haben
dabei die Funktion eines Schneidenlagers (4). Außerdem bilden
sie durch ihre Querwände
eine Verschiebesicherung für
die Bewegungsenden 18, 19 der Bimetalle 10, 11.
Die Koppelbrücke 20 schwebt
daher frei auf den Bimetallenden 18, 19 und ist
dabei allein durch die Bimetalle 10, 11 bewegungsgeführt. Es
bedarf keiner zusätzlichen
Führung
der Verschiebebewegung der Koppelbrücke 20 innerhalb des
Gehäuses 1,
wenngleich eine solche Führung
durch den Gehäuseboden 22 oder
den Gehäusedeckel 23 nicht
ausgeschlossen sein soll. Die Koppelbrücke 20 ist also praktisch
auf die Enden der Bimetalle 10, 11 aufgesteckt.
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Die
Verbindung der Koppelbrücke 20 mit dem
Verriegelungsschieber 2 erfolgt durch einen losen Formschlusseingriff 21.
Dieser überträgt die Antriebsbewegung
der Bimetalle 10, 11 auf den Verriegelungsschieber 2,
ohne aber auf den Verriegelungsschieber einwirkende Lagerdrücke auf
die Koppelbrücke 20 und
dadurch indirekt auf die Bimetalle 10, 11 zu übertragen
und dadurch etwa deren Funktionsfähigkeit zu beeinflussen bzw.
zu beeinträchtigen.
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Die
Koppelbrücke 20 ist
zwischen den beiden Ausnehmungen 24 für die Bewegungsenden 18, 19 der
Bimetalle 10, 11 bzw. zwischen ihren Zapfen für einen
Formschlusseingriff 21 am Verriegelungsschieber 2 auf
der dem Verriegelungsschieber 2 zugewandten Seite ausgemuldet
(Mulde 25). Der Verriegelungsschieber 2 enthält auf der
Koppelbrücke 20 zugewandten
Seite eine mit der Mulde 25 korrespondierende Gegenmulde 26.
Die Mulden 25, 26 umschließen einen Hohlraum, in welchen
vom Gehäuseboden 22 her
ein Gehäusevorsprung 27 hineinsieht.
Der Gehäusevorsprung 27 bildet
die gehäuseseitige
Abstützung
der Kippfeder 28, die mit ihrem unteren Ende den Boden 29 der
Mulde 25 der Koppelbrücke 20 beaufschlagt.
Zur Zentrierung der beiden Enden der Kippfeder 28 einerseits
an der Koppelbrücke 20 und
andererseits an dem Gehäusevorsprung 27 dienen
die in die Federwindung eingreifenden Schraubenköpfe 30, 31 von
Halteschrauben. Die Kippfeder 28 bildet den Energiespeicher
eines Kippsprungwerkes, welches in den 2 und 3 in seinen
beiden Kippstellungen dargestellt ist, die einerseits die Verriegelungsstellung
(3) und andererseits die Entriegelungsstellung
(2) bilden. In diesen Stellungen beaufschlagt die
Kippfeder 22 die Koppelbrücke 20 in Querrichtung 3 derart,
dass sie mit ihren Enden entweder an der linken (3)
Seitenwand 32 in Verriegelungsstellung oder an der rechten
Gehäusewand 33 (2)
in Entriegelungsstellung anliegt. Diese Gehäuseanlage bewirkt eine spannungsunabhängige Lagestabilität der Koppelbrücke 20 bzw.
des Verriegelungsschiebers 2 in Verriegelungsstellung (3)
und in Entriegelungsstellung (2). Der
Gehäusevorsprung 27 ist
gleichzeitig Teil der gehäuseseitigen
Längsführung für den Verriegelungsschieber 2,
wie das aus den 1-3 deutlich
erkennbar ist. Außerdem
hält die
Kippfeder 28 die Koppelbrücke 20 in sämtlichen Positionen
sicher auf den Bewegungsenden 18, 19 der Bimetalle 10, 11.
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Die
Koppelbrücke 20 lagert
vollständig
reibungsfrei auf den Antriebsenden 18, 19 der
Bimetalle 10, 11. Diese Auflage ist stabilisiert
durch die zwischen den beiden Antriebsenden 18, 19 von
oben auf die Koppelbrücke 20 einwirkende
Kippfeder 28. Die Führung
des Verriegelungsschiebers 2 bzw. der Koppelbrücke 20 innerhalb
des Gehäuses 1 kann
im Übrigen
durch die Gehäusewände bewerkstelligt
sein, die auch die Endanschläge
für die
beiderseitigen Verschiebebewegungen bilden.
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Die
Thermo-Bimetalle 10, 11 sind mit ihren aktiven
Seiten einander zugewandt (4). Sie
werden durch PTC-Widerstände 34, 35 aufgeheizt.
Die PTC's 34, 35 werden über die
Kontaktzungen 14a und 39 oder 15a und 39 an
Spannung gelegt. Werden in der Entriegelungsstellung nach 2 die
Kontakte 14a, 39 an Spannung gelegt, so heizt
der PTC-Widerstand 34 auf und das Bimetall 10 schwenkt
mit seinem Bewegungsende 18 entgegen dem Uhrzeigersinn
aus. Diese Schwenkbewegung wird sehr reibungsarm über die
Koppelbrücke 20 auf den
Verriegelungsschieber 2 übertragen, der zur Verriegelung
in Querrichtung 3 nach links bewegt wird.
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Die
Bewegungsstrecke bis zum Anschlag der Koppelbrücke 20 an die Gehäuseseitenwand 32 teilt
sich in zwei etwa gleichlange Teilstrecken auf. Zur Durchmessung
der ersten Teilstrecke wird der auf der Erwärmung des PTC's 34 beruhende,
durch die Ausbiegung des Bimetalls 10 bewirkte Schwenkantrieb
benötigt,
der in diesem Bewegungsabschnitt auch die Kompression der Kippfeder 28 bewirkt,
bis deren Längsachse
die Totlage erreicht hat, in der sie etwa rechtwinklig zur Querrichtung 3,
also bezogen auf 2 und 3 vertikal
ausgerichtet ist. Mit dem Durchschreiten der Totlage expandiert
die Kippfeder 28 und übernimmt
dadurch den weiteren Verschiebeantrieb für die Koppelbrücke 20 bzw.
für den
Verriegelungsschieber 2 und zwar unabhängig von der Erhitzung des
PTC's 34.
Im Gegenteil öffnet
diese von der Kippfeder 28 ausgehende, auf den Verriegelungsschieber 2 einwirkende,
nunmehr auf rein mechanischem Antrieb beruhende Verschiebebewegung
im zweiten Bewegungsabschnitt den Kontakt 40 zwischen den
Kontaktzungen 14 und 14a und unterbricht damit
die Bestromung des PTC's 34.
Der zweite Bewegungsabschnitt für
die Verriegelungsbewegung ist also unabhängig von dem elektrischen Antrieb.
Er wird allein durch die Kippfeder 28 bewirkt und erst
durch das Anschlagen des linken Endes der Koppelbrücke 20 an
der Gehäuseinnenwand 32 abgeschlossen.
In dieser Anschlagstellung ist der Verriegelungsschieber 2 lagestabilisiert
in seiner Verriegelungsstellung (3). Gleichzeitig
ist der Kontakt 41 geschlossen und damit befindet sich
die Verriegelungsvorrichtung in einer für ihre Entriegelung bereiten
Ausgangsposition.
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Die
Entriegelung aus der in 3 dargestellten Verriege lungsstellung
erfolgt dadurch, dass die Kontaktzunge 15a und die Druckfeder 37 über die Kontaktzunge 39 zur
Bestromung des PTC's 35 an Spannung
gelegt werden. Dadurch heizt der PTC 35 und das Bimetall 11 schwenkt
mit seinem Bewegungsende 19 im Uhrzeigersinn aus. Der vorstehend beschriebene,
auf die Kippfeder 28 bezogene Kippvorgang wird nun in umgekehrter
Richtung vollzogen. Nach dem Überschreiten
der Totlage der Kippfeder 28 übernimmt diese den weiteren
Verschiebeantrieb für
die Rückführung der
Koppelbrücke 20 in
die Entriegelungsstellung (2), die
ebenfalls rein mechanisch durch die Expansion der Kippfeder 28 lagestabilisiert
ist. Dabei wird durch die Öffnung
des Kontaktes 41 die Bestromung des PTC' 35 abgeschaltet. Bis zur erneuten
Umschaltung ist das System wieder spannungsfrei. Da die Querkraft
der Kippfeder 28 größer ist
als die Rückstellkraft
der abkühlenden
Bimetalle 10, 11, bleibt das System auch bei einem Spannungsausfall
in den jeweiligen Schaltstellungen (2, 3)
spannungsfrei. Auch durch relativ hohe, maschinenbedingte Umgebungstemperaturen auftretende
Bimetallspannungen werden durch die entgegengesetzte Anordnung bzw.
Wirksamkeit der beiden Bimetalle 10, 11 kompensiert.
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Die
Steuerung der Signalkontakte 42 einer Signaleinrichtung
wird ebenfalls durch die Koppelbrücke 20 bewerkstelligt.
Je nach deren Stellung kann daher von außen der Systemzustand an beliebiger
Stelle erkannt werden.
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Der
Vorteil der Verriegelungsvorrichtung liegt in den äußerst kleinen
Abmessungen der Einheit. Ein Hub von beispielsweise 3 mm des Verriegelungsschiebers 2 reicht
zur Verriegelung der Mechanik aus. Die Bistabilität der beiden
Stellungen (Verriegelungs- und Entriegelungsstellung) ist gewährleistet. Die
momentane Stellung des Verriegelungsschiebers 3 ist von
etwaigen Spannungsausfällen
unabhängig und
sie bleibt auch bestehen. Der Antrieb verharrt in seiner Ausgangsstellung,
wenn während
des Umschaltvorganges ein Spannungsausfall auftritt. Nur während der
Schaltvorgänge
zur Ver- und Entriegelung liegt Spannung am Bimetall bzw. am PTC
an. Die Bimetalle und PTC's
sind thermisch nur gering belastet, so dass sie eine hohe Lebensdauer
gewährleisten.
Das System arbeitet geräuschlos
im Gegensatz zu einem Magnetantrieb. Das System entriegelt automatisch
bei Anschluss an Spannung. Der Energiebedarf ist sehr gering. Er
beträgt
ca. 1 A über
max. 2 sec bei 230 V Auch kleinere Spannungen als die Nennspannung
230V reichen problemlos zur vollen Funktionsfähigkeit aus. Es entfällt das
bei anderen Systemen, z. B. bei einem motorischen Antrieb notwendige
Gestänge,
da der Verriegelungshebel 8 z. B. direkt am Gerät anbringbar
ist.
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- 1
- Gehäuseunterteil
- 2
- Verriegelungsschieber
- 3
- Querrichtung
- 4
- Horizontalende
- 5
- Horizontalende
- 6
- Vertikalende
- 7
- Gehäuseöffnung
- 8
- Verriegelungselement
- 9
- Übertragungsglied
- 10
- Bimetall
- 11
- Bimetall
- 12
- Fußende
- 13
- Fußende
- 14
- Kontaktzunge
- 15
- Kontaktzunge
- 16
- Schlitz
- 17
- Gehäuseseitenwand
- 18
- Bewegungsende
- 19
- Bewegungsende
- 20
- Koppelbrücke
- 21
- Formschlusseingriff
- 22
- Gehäuseboden
- 23
- Gehäusedeckel
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Mulde
- 26
- Gegenmulde
- 27
- Gehäusevorsprung
- 28
- Kippfeder
- 29
- Boden
- 30
- Schraubenkopf
- 31
- Schraubenkopf
- 32
- Gehäuseseitenwand
- 33
- Gehäuseseitenwand
- 34
- PTC-Widerstand
- 35
- PTC-Widerstand
- 36
- Druckfeder
- 37
- Druckfeder
- 38
- Brücke
- 39
- Kontaktzunge
- 40
- Kontakt
- 41
- Kontakt
- 42
- Signalkontakt