DE19957558A1 - Thermostat - Google Patents

Abstract

Ein Thermostat hat ein Gehäuse (12) aus leitendemMaterial und eine Abdeckplatte (14) aus leitendem Material. Die Abdeckplatte (14) ist mit dem Gehäuse (12) verbunden, um einen abgedichteten Innenraum (16) zu begrenzen. Sie hat einen in den Innenraum (16) ragenden Kontakt (26), der relativ zum Gehäuse (12) feststeht und eine innere Kontaktstelle hat. Zwischen Gehäuse (12) und Abdeckplatte (14) ist eine Isolierschicht (28) angeordnet. Das eine Ende eines im Innenraum (16) angeordneten Bimetallstreifens (20) bewegt sich aus einer ersten Lage, in der es an der Kontaktstelle des Kontaktes (26) anliegt, und einer zweiten Lage, in der es von der inneren Kontaktstelle des Kontakts (26) beabstandet ist. Am anderen Ende des Streifens (20) ist ein ohmscher Widerstand (34) angebracht, der zwischen der Abdeckplatte (14) und dem Streifen (20) im Innenraum (16) des Gehäuses (12) angeordnet ist. Der Widerstand (34) hat eine der Abdeckplatte (14) zugekehrte und an ihr anliegende erste Seite und eine dem Streifen (20) zugekehrte und an ihm anliegende zweite Seite, so daß der Widerstand (34) die Abdeckplatte (14) und den Streifen (20) elektrisch verbindet. Sein Widerstandswert ist so gewählt, daß, wenn sich das eine Ende des Streifens (20) aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, durch den über den Widerstand (34) fließenden Strom eine hinreichende Wärmemenge erzeugt wird, um das eine Ende des Streifens (20) so lange in der zweiten Lage zu halten, bis ein über die Abdeckplatte (14) ...

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf Bimetallthermo­ state für elektrische Schaltungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Thermostaten mit Kippfunk­ tion in einem abgedichteten Gehäuse, wonach der Thermo­ stat, nachdem er in die geöffnete Lage gekippt ist, diese Lage solange beibehält, bis die Stromversorgung der Vorrichtung abgeschaltet oder weggenommen ist.

Bimetallthermostaten enthalten einen Bimetallstreifen, der im wesentlichen aus zwei übereinander liegenden und miteinander verbundenen Metallschichten besteht, die verschiedene thermische Expansionskoeffizienten haben. Mit zunehmender Umgebungstemperatur biegt sich der Streifen zu derjenigen Seite hin, auf der die Schicht mit dem niedrigeren Expansionskoeffizienten liegt. Bei einem Bimetallstreifen mit Kippfunktion ist der Strei­ fen mit einem derart geformten mittleren Abschnitt aus­ gebildet, daß die Verbiegung bei zunehmender Temperatur nicht allmählich, sondern sprungartig bei Überschrei­ tung eines Temperaturschwellwerts erfolgt. Der Streifen "kippt" mithin in seine gebogene Lage.

Bei einem im Handel erhältlichen Bimetallthermostaten ist ein derartiger Bimetallstreifen in einem Gehäuse eingebaut und/oder in der Nähe eines anderen Kontakts angeordnet, so daß eine elektrische Verbindung durch die Verbiegung des Streifens entweder hergestellt oder unterbrochen wird. Diese Art von Thermostat kann viel­ fältig angewandt werden, wird in letzter Zeit jedoch in umfangreichem Maße in der Elektronikindustrie einge­ setzt, hauptsächlich deshalb, weil es möglich ist, ihn verhältnismäßig kompakt herzustellen.

Kürzlich sind neue Normen für einige Motoren, Transfor­ matoren, Heimgeräte usw. aufgestellt worden, wonach der in dem Gerät eingebaute Thermostat beim Erreichen eines Überhitzungszustands in die geöffnete oder Aus-Lage kippen und danach so lange in der geöffneten Lage blei­ ben soll, bis die Stromversorgung auf irgendeine Weise vom Gerät weggenommen wurde.

Das US-Patent 4 703 298 offenbart einen Thermostaten, der keramische Montagestifte 4, 5 aufweist, die aus ke­ ramischem PTC-Material hergestellt sind. Der Thermostat ist ein ungekapseltes Gerät und daher der Atmosphäre ausgesetzt. An parallelen Stiften 4, 5 sind Metallkon­ taktträger 2, 3 befestigt. Die Träger 2 und 3 sind re­ lativ zueinander auf den Stiften 4 und 5 selektiv be­ wegbar, so daß der Thermostat auf eine spezielle Strom­ kreisöffnungstemperatur eingestellt werden kann. Der Thermostat darf nicht geschlossen sein, damit sich die Träger 2, 3 relativ zu den Stiften 4, 5 bewegen können.

Wenn sich das Bimetall 7 im Betrieb in die geöffnete Lage bewegt, herrscht eine Temperatur, bei der der Wi­ derstandswert des PTC-Materials erheblich ist, so daß der nunmehr durch die Stifte fließende Strom ausrei­ chende Hitze erzeugt, um den Stromkreis zwischen den Trägern 2, 3 offen zu halten. Dieser Strom ist zusammen mit dem wählbaren Widerstandswert der Stifte bei dieser Temperatur ausreichend, um dem Bimetall 7 über seiner Rückstelltemperatur zu halten, selbst wenn die durch den Thermostaten überwachte Umgebungstemperatur auf ih­ ren ursprünglichen oder normalen Wert zurückkehren kann. Der Thermostat bleibt mithin so lange offen, bis er zurückgestellt werden darf, weil er aus dem Strom­ kreis ausgeschaltet ist, so daß die Wärmequelle wegge­ nommen wird und das Bimetall 7 in die geschlossene Kon­ taktlage kippen kann, weil seine Temperatur unter der Rückstelltemperatur liegt.

Das US-Patent 3 525 914 offenbart einen temperaturab­ hängigen Schalter, der einen Keramik-PTC-Heizwiderstand 14 enthält, der zwischen den Innenseiten 19, 20 der Bi­ metallschichten angebracht ist. In ähnlicher Weise of­ fenbart das US-Patent 5 309 131 die Anwendung eines PTC-Widerstands 2 zwischen einem feststehenden Kontakt 6 und einem beweglichen Kontakt 7. Bei all diesen Aus­ führungen fließt der Strom unabhängig davon durch den PTC-Widerstand, ob der Schalter geöffnet oder geschlos­ sen ist. Der Widerstandswert des PTC-Widerstands nimmt mit steigender Umgebungstemperatur zu. Die Schalter nach den genannten US-Patentschriften öffnen sich, wenn die Umgebungstemperatur über der Rückstelltemperatur liegt. Der PTC-Widerstand ist in allen Fällen so ausge­ legt, daß er hinreichend Wärme erzeugt, so daß die Tem­ peratur oberhalb der Rückstelltemperatur liegt, um den Schalter geöffnet zu halten. Die bekannten Schalter bleiben daher so lange geöffnet, bis der Bela­ stungsstrom unterbrochen bzw. weggenommen ist.

Ein PTC-Widerstand ist so ausgelegt, daß er einen ver­ hältnismäßig niedrigen Widerstandswert hat, wenn die Umgebungstemperatur unter einem Schwellwert liegt. Wenn daher der Schalter geschlossen ist, fließt zwar ein Strom durch den PTC-Widerstand, da der Widerstandswert jedoch verhältnismäßig klein ist, ist die erzeugte Wär­ me nicht ausreichend, um die Temperatur des Thermosta­ ten über den Betätigungswert hinaus zu erhöhen. Nur wenn die Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet, reicht der Widerstandswert des PTC- Widerstands aus, um signifikant mehr Wärme zu erzeugen. Für viele Anwendungsfälle ist es erwünscht, den Thermo­ staten einzukapseln, d. h. gegenüber örtlichen Umge­ bungsbedingungen abzudichten, um einen effizienten Be­ trieb des Thermostaten zu gewährleisten. Abgedichtete Thermostaten können auf eine bestimmte Stromkreisöff­ nungstemperatur geeicht oder eingestellt werden, indem das Gehäuse an einer vorbestimmten Stelle in an sich bekannter Weise (siehe beispielsweise die US-Patente 3 443 259 und 3 223 808, deren Inhalt hier zur Offenba­ rung herangezogen wird) verformt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen dicht gekapselten Offenhaltungsthermostaten anzugeben. Insbesondere soll ein dicht gekapselter Offenhaltung­ sthermostat angegeben werden, der einen herkömmlichen ohmschen Widerstand (d. h. keinen PTC-Widerstand) auf­ weist. Es soll nur dann ein stärkerer Strom durch den Widerstand fließen, wenn der Schalter geöffnet ist. Ferner soll die durch den Widerstand erzeugte Wärme nicht von der Umgebungstemperatur abhängig sein. Bei einem derartigen Offenhaltungsthermostat soll ein her­ kömmlicher ohmscher Widerstand elektrisch zwischen ei­ nem Bimetallstreifen und einem feststehenden Streifen oder einem stromführenden Gehäuse angeschlossen sein.

Zu diesem Zweck enthält ein erfindungsgemäßer Thermo­ stat ein Gehäuse aus leitendem Material mit einer Au­ ßenseite, eine Abdeckplatte aus leitendem Material, die mit dem Gehäuse verbunden ist, um einen abgedichteten Innenraum zu begrenzen, und die einen in den abgedich­ teten Innenraum ragenden Kontakt aufweist, der relativ zum Gehäuse feststeht und eine innere Kontaktstelle aufweist, eine zwischen dem Gehäuse und der Abdeckplat­ te angeordnete Isolierschicht, einen in dem abgedichte­ ten Innenraum angeordneten Streifen, der ein zweites Ende hat, das zwischen einer ersten Lage, in der es an der Kontaktstelle des erwähnten Kontakts anliegt, und einer zweiten Lage, in der es einen Abstand von der in­ neren Kontaktstelle des Kontakts aufweist, bewegbar ist, und einem an dem ersten Ende des Streifens ange­ brachten ohmschen Widerstand, der zwischen der Abdeck­ platte und dem Streifen in dem abgedichteten Innenraum des Gehäuses angeordnet ist und eine erste Seite, die der Abdeckplatte zugekehrt ist und an dieser anliegt, und eine zweite Seite aufweist, die dem Streifen zuge­ kehrt ist und an diesem anliegt, so daß der Widerstand die Abdeckplatte und den Streifenelektrisch verbindet, wobei der Widerstand einen hinreichenden Widerstands­ wert hat, so daß, wenn sich das zweite Ende des Strei­ fens aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, ei­ ne hinreichende Wärmemenge durch den über den Wider­ stand fließenden Strom erzeugt wird, um das zweite Ende des Streifens so lange in der zweiten Lage zu halten, bis ein der Abdeckplatte und dem Streifen zugeführter Laststrom beseitigt ist.

Gewünschtenfalls kann der feststehende Kontakt an einem mit der Abdeckplatte verbundenen leitenden Streifen an­ gebracht sein, so daß ein beweglicher Kontakt an dem Bimetallstreifen in der Stromkreisschließlage mit dem feststehenden Kontakt zusammentrifft.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung sowie ihre Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei­ bung eines in den beiliegenden Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispiels. Darin stellt dar:

Fig. 1 den Querschnitt 1-1 der Fig. 3 eines erfin­ dungsgemäßen Thermostaten,

Fig. 2 eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Thermostaten,

Fig. 3 eine Unteransicht des erfindungsgemäßen Ther­ mostaten und

Fig. 4 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Thermo­ staten.

Nach den Fig. 1 und 2 enthält ein erfindungsgemäßer Thermostat 10 ein äußeres Gehäuse 12 und eine Abdeck­ platte 14. Die Abdeckplatte 14 ist fest mit dem Gehäuse 12 verbunden, um einen dicht geschlossenen Innenraum 16 zu begrenzen, in dem die übrigen Bauteile angeordnet sind. Zwischen der Abdeckplatte 14 und dem Gehäuse 12 ist eine Isolierschicht 28 angeordnet, um die Abdeck­ platte gegenüber dem Gehäuse elektrisch zu isolieren. Das Gehäuse 12 hat außerhalb des Innenraums 16 ein er­ stes Anschlußende 18 und ein zweites Anschlußende 19.

Das Gehäuse 12 und die Abdeckplatte 14 sind aus einem elektrisch leitenden Material (vorzugsweise Metall) hergestellt, so daß das Gehäuse und die Abdeckplatte "stromführend" sein können.

In dem Gehäuse 12 ist ein thermostatischer Streifen 20 aus Bimetall angeordnet. Der Streifen 20 hat ein erstes Ende 21 und ein zweites Kontaktende 24, die beide im Inneren des Gehäuses 12 liegen.

Der Streifen 20 ist relativ zum Gehäuse 12 beweglich. Das zweite Ende 24 des Streifens bewegt sich zwischen einer ersten und einer zweiten Lage. In der ersten Lage berührt ein Kontakt 25, der am zweiten Ende 24 des Streifens 20 angeordnet ist, einen nach innen ragenden Kontakt 26, der an der Abdeckplatte 14 (oder an einem an der Abdeckplatte angebrachten leitenden Streifen) angebracht ist, so daß ein Stromkreis zwischen dem An­ schlußende 18 und dem Anschlußende 19 (siehe Fig. 3) vervollständigt wird. Das Ende 24 des Streifens 20 be­ wegt sich in Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeils A in eine zweite Lage, so daß der Kontakt 25 des Streifens 20 vom Kontakt 26 der Abdeckplatte 24 einen Abstand aufweist, wenn das Innere des Thermostaten eine vorbestimmte Stromkreisöffnungs- oder Aktivierungstem­ peratur erreicht.

Die Isolierschicht 28 ist zwischen dem Streifen 20 und der Abdeckplatte 14 so angeordnet, daß der Streifen 20 und mithin das Gehäuse 12 elektrisch gegenüber der Ab­ deckplatte 14 isoliert ist. Die Isolierschicht 28 hat zwei Durchgangsbohrungen 30, 32. Die erste Durchgangs­ bohrung 30 ist so bemessen, daß sie einen nach innen ragenden Vorsprung 36 an der Abdeckplatte 14 aufnimmt, während die zweite Durchgangsbohrung 32 so bemessen ist, daß sie den am Ende 24 des Streifens 20 angeordne­ ten Kontakt 25 aufnimmt.

Auf dem ersten Ende 21 des Streifens 20 ist ein Me­ tallclip 22 (Metallklammer oder -klemme) angebracht, der einen ohmschen Widerstand 34 festhält. Der Wider­ stand 34 ist elektrisch mit der Abdeckplatte 14 und dem Streifen 20 verbunden. Der Widerstand 34 besteht zu et­ wa 90 Gew.-% aus Kalziumborsilikatglas, weniger als 10 Gew.-% Rutheniumdioxidpulver und weniger als 1 Gew.-% Mangandioxid. Wie Fig. 2 zeigt, hat der Widerstand 34 vorzugsweise eine Rechteckkastenform. Er kann jedoch auch andere Formen haben, z. B. eine Kreisscheibenform.

Im Betrieb sind die beiden Anschlußkontakte 18, 19 mit einer äußeren Schaltungsanordnung verbunden. Beispiels­ weise kann der Thermostat in einem Gerät eingebaut sein, z. B. in einem über einem Ofen angeordneten Venti­ lator, und zur Unterbrechung des Versorgungs- bzw. Laststroms des Ventilators dienen, wenn die Umge­ bungstemperatur einen vorbestimmten Temperaturschwell­ wert überschreitet. Mit anderen Worten, wenn die Umge­ bungstemperatur des Thermostaten ansteigt und eine vor­ bestimmte Aktivierungstemperatur erreicht, wird der Bi­ metallstreifen 20 von dem feststehenden Kontakt 26 weg­ gebogen, so daß der Kontakt 25 am Ende 24 des Streifens 20 vom Kontakt 26 der Abdeckplatte 14 abhebt, um den Stromkreis zwischen den beiden Anschlüssen 18, 19 zu unterbrechen. Üblicherweise würde sich der Bime­ tallstreifen 20 zur Abdeckplatte 14 zurückbiegen, so­ bald die Umgebungstemperatur wieder unter eine Rück­ stelltemperatur sinkt, die unter der Aktivierungstempe­ ratur liegt, so daß der Kontakt 25 den Kontakt 26 be­ rührt und dadurch den Stromkreis wieder schließt und mithin der Ventilator wieder anlaufen kann.

Erfindungsgemäß fließt jedoch in der geschlossenen Lage der dem Ventilator und damit den beiden Anschlüssen 18, 19 zugeführte Strom zwischen dem Streifen 20 und der Abdeckplatte 14 über den durch den Kontakt 25 des Streifens 20 und den Kontakt 26 der Abdeckplatte 14 ge­ bildeten elektrischen Pfad. In diesem geschlossenen Zu­ stand nimmt der Strom den Weg des geringsten Wider­ standswerts über die Kontakte 25, 26. Daher fließt praktisch kein Strom über den ohmschen Widerstand 34, weil sein Widerstandswert verhältnismäßig hoch ist. In der geöffneten Lage sind die Kontakte 25 und 26 jedoch voneinander beabstandet. Daher fließt der den beiden Anschlüssen 18, 19 zugeführte Strom zwischen dem Strei­ fen 20 und der Abdeckplatte 14 über den durch den Wi­ derstand 34 gebildeten elektrischen Pfad. Die Abmessun­ gen des Widerstands 34 und sein Widerstandswert sind so gewählt, daß, wenn sich der Streifen in die geöffnete Lage bewegt, durch den Widerstand (mit einer Leistung von 1 bis 4 Watt vorzugsweise 1 bis 3 Watt) eine zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Gehäuse 12 bei oder oberhalb der Rückstelltemperatur ausreichende Wärmemen­ ge erzeugt wird. Der Streifen bleibt daher so lange in der zweiten offenen Lage, bis der dem Ventilator zuge­ führte Laststrom weggenommen ist, entweder durch Aus­ schalten des Ventilators über einen Schalter oder durch Entfernung der Netzstromleitung (d. h. durch Herauszie­ hen des Stromversorgungssteckers). Danach kühlt sich der Thermostat allmählich ab, so daß er sich selbst zu­ rückstellt, wenn die Umgebungstemperatur unter den Rückstellwert fällt. Der Betriebsschalter des Ventila­ tors kann dann wieder eingeschaltet oder das Stromver­ sorgungskabel wieder angeschlossen werden, um den Ven­ tilator wieder normalerweise in Betrieb zu setzen.

Anhand dieser Beschreibung des derzeit bevorzugten Aus­ führungsbeispiels eines Stromkreisoffenhaltungsthermo­ staten in einem abgedichteten stromführenden Gehäuse wird unterstellt, daß andere Abwandlungen, Variationen und Änderungen dem Fachmann anhand der hier vermittel­ ten Lehre naheliegen. Es versteht sich daher, daß alle Abwandlungen, Variationen und Änderungen in den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims (12)

1. Thermostat mit:
einem Gehäuse (12) aus leitendem Material mit einer Außenseite;
einer Abdeckplatte (14) aus leitendem Material, die mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, um einen abgedichteten Innenraum (16) zu begrenzen, und die einen in den abgedichteten Innenraum (16) ragenden Kontakt (26) aufweist, der relativ zum Gehäuse (12) feststeht und eine innere Kontaktstelle aufweist;
einer zwischen dem Gehäuse (12) und der Abdeck­ platte (14) angeordneten Isolierschicht (28);
einem in dem abgedichteten Innenraum (16) ange­ ordneten Streifen (20), der ein zweites Ende hat, das zwischen einer ersten Lage, in der es an der Kontaktstelle des erwähnten Kontakts (26) anliegt, und einer zweiten Lage, in der es einen Abstand von der inneren Kontaktstelle des Kontakts (26) auf­ weist, bewegbar ist; und
einem an dem ersten Ende des Streifens (20) an­ gebrachten ohmschen Widerstand (34), der zwischen der Abdeckplatte (16) und dem Streifen (20) in dem abgedichteten Innenraum (16) des Gehäuses (12) an­ geordnet ist und eine erste Seite, die der Abdeck­ platte (14) zugekehrt ist und an dieser anliegt, und eine zweite Seite aufweist, die dem Streifen (20) zugekehrt ist und an diesem anliegt, so daß der Widerstand (34) die Abdeckplatte (14) und den Streifen (20) elektrisch verbindet, wobei der Wi­ derstand (34) einen hinreichenden Widerstandswert hat, so daß, wenn sich das zweite Ende des Strei­ fens (20) aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, eine hinreichende Wärmemenge durch den über den Widerstand (34) fließenden Strom erzeugt wird, um das zweite Ende des Streifens (20) so lange in der zweiten Lage zu halten, bis ein der Abdeckplat­ te (14) und dem Streifen zugeführter Laststrom be­ seitigt ist.

2. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand (34) aus keramischem Material hergestellt ist.

3. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand (34) die Form eines rechteckigen Kastens hat.

4. Thermostat nach Anspruch 2, bei dem der Widerstand (34) die Form eines rechteckigen Kastens hat.

5. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand (34) eine Leistung von 1 bis 5 Watt abgibt, wenn sich das zweite Ende des Streifens (20) in der zweiten Lage befindet.

6. Thermostat nach Anspruch 5, bei dem die durch den Widerstand (34) erzeugte Wärmemenge zwischen 1 und 3 Watt liegt.

7. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der erwähnte Kontakt (26) an dem Gehäuse (12) angebracht ist.

8. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem die Isolier­ schicht (28) eine erste und eine zweite Durchgangs­ bohrung (30; 32) aufweist.

9. Thermostat nach Anspruch 8, bei dem die Abdeckplat­ te (14) einen nach innen ragenden Vorsprung (36) hat und die erste Durchgangsbohrung (30) so bemes­ sen ist, daß sie den zweiten Vorsprung (36) auf­ nimmt.

10. Thermostat nach Anspruch 9, bei dem die zweite Durchgangsbohrung (32) so bemessen ist, daß sie den am ersten Ende des Streifens (20) angeordneten Kon­ takt (26) aufnimmt.

11. Thermostat nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand (34) die Form einer Kreisscheibe hat.

12. Thermostat nach Anspruch 2, bei dem der Widerstand (34) die Form einer Kreisscheibe hat.