DE202004007436U1

DE202004007436U1 - Elektrisches Leistungssteuergerät

Info

Publication number: DE202004007436U1
Application number: DE200420007436
Authority: DE
Original assignee: Dreefs Schaltgeraete GmbH; Dreefs Schaltgerate und Systeme GmbH
Current assignee: Dreefs Schaltgeraete GmbH; Dreefs Schaltgerate und Systeme GmbH
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2014-05-11
Also published as: WO2005114688A1

Abstract

Elektrisches Leistungssteuergerät mit einem über ein Heizplättchen (48) beheizten Arbeitsbimetall (32), das einen Schnappfederkontakt (34, 36) taktet, bei dem das Heizplättchen (48) im unbeheizten Zustand (bei Raumtemperatur) dem Arbeitsbimetall (32) im Wesentlichen vollflächig anliegt und im beheizten Zustand die konkave Seite des bogenförmig ausgewölbten Arbeitsbimetalls teilflächig kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizplättchen (48) und/oder das Arbeitsbimetall (32) beweglich derart gelagert sind, dass im beheizten Zustand das Heizplättchen (48) im Mittelbereich auf der aktiven Seite des Arbeitsbimetalls (32) aufliegt, von wo aus die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Leistungssteuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Gerät ist aus der EP-A-0 194 512 bekannt. Das bei derartigen Geräten benutzte Heizplättchen für das Arbeitsbimetall besteht im Allgemeinen aus einem auf einem Keramikträger aufgedruckten Festwiderstand. Diese Art der Beheizung hat gegenüber einem Bimetall mit Heizwicklung den Vorteil eines geringeren Bauraumes und einer einfacheren Herstellung. Probleme ergeben sich bei derartigen Heizplättchen jedoch im Hinblick auf die Wärmeübertragung, weil der Heizwiderstand des Heizplättchens der Durchbiegung des Arbeitsbimetalls nicht folgen kann und daher die Wärmeübertragung durch den sich bildenden Spalt beeinträchtigt wird. Bei dem bekannten Leistungssteuergerät sind Heizplättchen und das eine Ende des Arbeitsbimetalls gehäusefest angeordnet und bei Aufheizung biegt sich das Bimetall von seiner Einspannstelle aus vom Heizplättchen weg, wodurch sich von der Einspannstelle in der einen Richtung ein zunehmend größerer Abstand ergibt, so dass die Wärmeübertragung über den gesamten durchgebogenen Bereich des Bimetalls lediglich durch Wärmestrahlung erfolgen kann, was einen schlechten Wirkungsgrad zur Folge hat. Hierbei beeinflusst nicht nur der schlechte Wärmeübergang, sondern auch die Wärmeableitung und Fixierung des Arbeitsbimetalls die Genauigkeit des Leistungssteuergerätes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Leistungssteuergerät derart auszubilden, dass die Bimetallbeheizung mit hohem Wirkungsgrad und großer Genauigkeit erfolgen kann.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die bewegliche Anordnung von Heizplättchen und/oder Arbeitsbimetall wird erreicht, dass im durchgebogenen Zustand des Bimetalls beidseits der die Wärmeleitung bewirkenden Linienberührung das Bimetall vom Heizplättchen beabstanded wird (während bisher diese Abstandsänderung nur in der einen Richtung erfolgte), so dass infolge der doppelseitigen Spaltanordnung eine wesentlich günstigere Wärmeübertragung auch durch Strahlung erfolgen kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist das Bimetall mit seitlichen Lageransätzen in einem gehäusefesten Schneidenlager wippenartig abgestützt, und gegen dieses von oben her federnd abgestützte Bimetall liegt von unten her das Heizplättchen an, das durch Druckfedern abgestützt ist, die gleichzeitig die Stromzuführung bewirken.
Die durch die Lagerachse bedingten Abschnitte des Arbeitsbimetalls müssen hierbei nicht symmetrisch zur Lagerachse sein und sie können zur Anpassung von Hub und Kräften variieren.
Zur Vermeidung von Wärmebrücken ist sowohl das Arbeitsbimetall als auch das auf die Umgebungstemperatur ansprechende Kompensationsbimetall frei von Nietungen oder Schweißungen, die Verbindung erfolgt über Gelenke und ist damit selbstjustierend.
Das Kompensationsbimetall könnte ebenfalls als Wippe ausgebildet sein. Da hier jedoch nur eine Längendifferenz ausgeglichen werden muss, die durch den Raumtemperaturunterschied bedingt ist und kein Heizplättchen erforderlich ist, werden nur zwei Druckpunkte benötigt. Zweckmäßigerweise ist das Kompensationsbimetall zu einem Halbkreis gebogen, der senkrecht auf dem Arbeitsbimetall steht. Die wirksame Länge und Materialdicke beider Bimetalle sind im Wesentlichen identisch. Der erste Druckpunkt des Kompensationsbimetalls wirkt auf das Arbeitsbimetall und wird von diesem durch eine Lasche fixiert. Der zweite Druckpunkt könnte direkt von der Steuerkurve des Schalträdchens betätigt werden.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Übertragungshebel zwischengeschaltet, der den Kurvenverlauf auf das Kompensationsbimetall überträgt. Dieser Hebel ist mit einer Druckfeder belastet. Dieser Hebel kann ebenfalls als Wippe ausgebildet werden, und in diesem Fall wären Bimetalle und Schnappfedern derart federnd auszuführen, dass sie die Hubdifferenz von Maximal-Einschaltdauer und Aus-Position ohne Deformation aushalten.
Leistungssteuergeräte benötigen üblicherweise noch zusätzlich Last- und Signalkontakte, die gemäß dem anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel parallel zur Drehachse durch ein Schalträdchen betätigt werden.
Befindet sich ein Schaltkontakt weit von der Drehachse entfernt, so benötigt man nur einen geringen Drehwinkel des Schalträdchens, um den Kontakt zu betätigen. Verringert sich der Abstand zur Drehachse auf die Hälfte, so verdoppelt sich der benötigte Drehwinkel. Kontake, die sich in unmittelbarer Nähe der Drehachse befinden, benötigen daher einen sehr großen Drehwinkel für ihre Betätigung. Der Drehwinkel für den oder die innersten Schaltkontakte lässt sich jeweils auf die Hälfte reduzieren, indem man den Schaltnocken zusätzlich zur Drehbewegung um die Stellachse noch eine Kippbewegung, d.h. einen Hub, in axialer Richtung ausüben lässt.
Für den Hub wird ein zweiter gegenüberliegender Hubnocken auf dem Mitnehmen benötigt und eine Auflaufschräge am Sockel, die dem Schaltkontakt gegenüberliegt.
Dies ist ohne zusätzlichen Aufwand möglich, wenn dieser Schaltnocken ohnehin schon als Mitnehmer ausgeführt ist (z.B. zum Einschalten von Zusatzkochfeldern). Da das Schalträdchen eine Relativbewegung gegenüber dem Mitnehmer macht, wird ein Hintergriff zwischen Schaltkontakt und Schaltnocken oder zwischen Hubnocken und Auflaufschräge benötigt, um eine vorzeitige Betätigung durch Reibung zu verhindern. Bei durchdrehbarem Schalträdchen muss darauf geachtet werden, dass die Spur für den Schaltkontakt einen anderen Radius hat als die Spur für den Hub.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist eine Ansicht des Leistungssteuergerätes bei abgenommenem Deckel;
2 ist eine der 1 entsprechende Ansicht, wobei der Übersichtlichkeit wegen das Schalträdchen abgenommen ist;
3 ist eine Einzelansicht der zum Takten benötigten Teile in Öffnungsstellung des Schalters;
3A ist eine Einzelheit der Lagerstelle in größerem Maßstab gezeichnet;
4 ist eine der 3 entsprechende Ansicht in Schließstellung der Schaltkontakte;
4A ist eine Einzelansicht der Lagerstelle in größerem Maßstab gezeichnet;
5 zeigt das Arbeitsbimetall im Grundriss und im Aufriss;
6 ist eine Seitenansicht des Leistungssteuergerätes gemäß 1;
7 zeigt in isometrischer Ansicht den Mitnehmer von zwei Seiten her betrachtet.
Im Sockel 10 des Gerätes ist eine Stellwelle 12 gelagert, die ein Schalträdchen 14 mit Steuerkurve 16 trägt. Die Steuerkurve 16 wird durch einen justierbaren Stift 18 abgetastet, der an einem Ende eines einarmigen Hebels 20 festgelegt ist, dessen anderes Ende 22 an einem Steg 24 eines im Sockel 10 verankerten Trägeraufbaus angelenkt ist. Der Hebel 20 wird durch eine Druckschraubenfeder 26 beaufschlagt, die an einer Abdeckung 28 des Sockels abgestützt ist. Das den Stift 18 tragende Ende des Hebels 20 ist gelenkig mit dem einen Ende eines Kompensationsbimetalls 30 verbunden, dessen anderes Ende an einem Arbeitsbimetall 32 angreift, das sich im Wesentlichen parallel zur Bodenfläche des Sockels erstreckt. An einer Abkröpfung des Steges 24 ist die Kontaktfeder 34 eines Arbeitskontaktes 36 angelenkt, der eine Schnappfeder 38 trägt, die an der Unterseite der Leiste 24 abgestützt ist.
Der Trägeraufbau weist zwei vom Steg 24 abgewinkelte Lagerlaschen 40 auf, die miteinander fluchtende Ausnehmungen 42 aufweisen, deren Unterrand ein Schneidenlager 44 bildet. Von diesen Schneidenlagern 44 werden die seitlich vorstehenden Lagerfortsätze 46 des Arbeitsbimetalls 32 getragen, welches um diese Schneidenlager 44 wippenartig verschwenkbar ist. Das Arbeitsbimetall 32 ruht auf einem Heizplättchen 48, das durch zwei gleiche Druckfedern 50 und 52 an das Arbeitsbimetall 32 angedrückt wird. Die Federn bilden die Stromzufuhr nach dem Heizplättchen 48, und die Feder 50 ist zu diesem Zweck mit der Lagerklemme 54 verbunden, und die Feder 52 steht mit der Kontaktschiene 56 in Verbindung.
Das Arbeitsbimetall 32 weist seitlich nach unten abgebogene Lappen 58 auf, die das Heizplättchen übergreifen und so in ihrer Lage sichern. Das Arbeitsbimetall weist außerdem an seinem freien Ende eine nach oben abgewinkelte Lasche 60 auf, die an der Kontaktfeder 34 angreift und bei Durchbiegung (4) im Sinne einer Schnappbewegung auslenkt, wodurch der Arbeitskontakt 36 auf den Festkontakt schnellt, der an der Zugangsklemme 64 sitzt. Um das Sprungverhalten der Kontakte zu gewährleisten, muss die Kraft der Druckfeder 26 größer sein als die Betätigungskraft der Schnappfeder 38.
Wie aus 3 ersichtlich, liegt das Arbeitsbimetall 32 in Ausschaltstellung dem Heizplättchen 48 vollflächig an. Beim Stromdurchgang durch das Heizplättchen 48 wird das Bimetall erwärmt und wie aus 4 ersichtlich durchgebogen, wobei sich die aus Arbeitsbimetall 32 und Heizplättchen 48 bestehende Einheit um das Schneidenlager 44 wippenartig derart verschwenken kann, dass eine optimale Wärmeleitübertragung zwischen Heizplättchen 48 und Arbeitsbimetall 32 erfolgen kann. Bei der Durchbiegung wird über die Lasche 60 der Arbeitskontakt betätigt, der schlagartig durch die Schnappfeder 38 in die Schließstellung übergeht. Wie aus 4 ersichtlich, berührt das Arbeitsbimetall 32 in Einschaltstellung das Heizplättchen 48 auf einer Berührungslinie in der Nähe seiner durch die Schneiden 44 bestimmten Wippebene. Beidseits hiervon ist ein sich graduell ändernder, jedoch kleiner Abstand vorhanden, während in Ausschaltstellung das Arbeitsbimetall 32 dem Heizplättchen 48 vollflächig anliegt.
Das Arbeitsbimetall 32 weist beidseits der Lagerfortsätze 46 Arme 66, 68 unterschiedlicher Länge auf, wobei der längere Arm 68, der über eine Abkröpfung 70 an das Kompensationsbimetall 30 angelenkt ist, zwei Aussparungen 72 zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften aufweist, wodurch eine geringere Wärmespeicherung, eine geringere Wärmeabstrahlung und eine geringere Wärmeableitung ins Kompensationsbimetall 30 gewährleistet wird.
Die 6 und 7 zeigen den Mitnehmer 74 auf der Unterseite des Schalträdchens 14. Das Schalträdchen 14 besitzt eine Nut 90, und in ihr bewegt sich das Segment 88. Da die Nut 90 von zwei Anschlägen 86 begrenzt ist, wird beim Drehen des Schalträdchens 14 um die Drehachse 82 der Mitnehmer 74 über die Anschläge 86 und das Segment 88 betätigt.
Beim Ausschalten läuft die Schaltnocke 78 leicht voreilend auf den Schaltkontakt 98 auf, wobei sich der Mitnehmer 74 flach an die Unterseite des Schalträdchens 14 anlegt, um mechanische Belastung, beispielsweise durch Verschweißung der Kontakte, zu verringern.
Anschließend trifft der Hubnocken 76 auf die am Sockel 10 festsitzende Auflaufschräge 80, worauf der Mitnehmer 74 über die Kippachse 84 eine zusätzliche Hubbewegung am Schaltnocken 78 ausführen muss. Der Hubnocken 76 und die Auflaufschräge 80 bilden mit ihren Flächen 92, 94 einen Hintergriff, der ein unbeabsichtigtes Einschalten, z.B. durch Reibung, verhindert.

10: Sockel
12: Stellwelle
14: Schalträdchen
16: Steuerkurve
18: Stift
20: Hebel
22: Ende von 20
24: Steg
26: Druckfeder
28: Abdeckung / Gehäuse
30: Kompensationsbimetall
32: Arbeitsbimetall
34: Kontaktfeder
36: Arbeitskontakt
38: Schnappfeder
40: Lagerlaschen
42: Ausnehmungen
44: Schneidenlager
46: Lagerfortsätze
48: Heizplättchen
50, 52: Druckfeder
54: Lagerklemme
56: Kontaktschiene
58: Lappen
60: Lasche
62: Festkontakt
64: Zugangsklemme
66,68: Arme
70: Abkröpfung
72: Aussparungen
74: Mitnehmer
76: Hubnocken
78: Schaltnocken
80: Auflaufschräge
82: Drehachse
84: Kippachse
86: Anschlag
88: Segment
90: Nut
92, 94: Flächen
96: Schnappkontaktanschlag

Claims

Elektrisches Leistungssteuergerät mit einem über ein Heizplättchen (48) beheizten Arbeitsbimetall (32), das einen Schnappfederkontakt (34, 36) taktet, bei dem das Heizplättchen (48) im unbeheizten Zustand (bei Raumtemperatur) dem Arbeitsbimetall (32) im Wesentlichen vollflächig anliegt und im beheizten Zustand die konkave Seite des bogenförmig ausgewölbten Arbeitsbimetalls teilflächig kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizplättchen (48) und/oder das Arbeitsbimetall (32) beweglich derart gelagert sind, dass im beheizten Zustand das Heizplättchen (48) im Mittelbereich auf der aktiven Seite des Arbeitsbimetalls (32) aufliegt, von wo aus die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung erfolgt.
Leistungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im beheizten Zustand eine Linienberührung zwischen ebenem Heizplättchen (48) und gekrümmtem Arbeitsbimetall (32) etwa in der Mitte des Heizplättchens (48) erfolgt und sich der Abstand zwischen Heizplättchen und Arbeitsbimetall von dieser Linienberührung nach beiden Seiten graduell etwa gleichmäßig vergrößert.
Leistungssteuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Heizplättchen (48) und/oder Arbeitsbimetall (32) wippenartig gelagert sind und die Lagerachse etwa in der Mitte des Heizplättchens verläuft.
Leistungssteuergerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Arbeitsbimetalls (32) auf die Kontaktfeder (34) des Arbeitskontaktes (36) einwirkt und das andere Ende (70) an einem Kompensationsbimetall (30) angelenkt ist, das von einem Taststift (18) betätigt wird, der durch eine Stellwelle (12) einstellbar ist.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsbimetall (32) seitliche Lagerfortsätze (46) aufweist, die von einem gehäusefesten Schneidenlager (44) abgestützt sind und dass das Heizplättchen (48) von unten durch Federn (50, 52) gegen das Bimetall vorgespannt ist.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizplättchen (48) durch seitliche Positionierungen (58) am Arbeitsbimetall (32) oder durch angeponderte Teile, die in den Druckfedern (50, 52) geführt werden oder selbstfedernde Teile sind oder durch verbreiterte Lagerlaschen (40), die die Positionierungen (58) ersetzen können, in Position gehalten wird.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Lagerachse (46–46) gebildeten Abschnitte (66, 68) des Bimetalls (32) ungleiche Länge besitzen, wobei der dem Kompensationsbimetall (30) zugewandte Abschnitt (68) die größere Länge besitzt.
Leistungssteuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kompensationsbimetall (30) zugewandte Abschnitt (68) seitliche Aussparungen (72) zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften besitzt.
Leistungssteuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfedern (50, 52) die Stromzuführung nach dem Heizplättchen (48) darstellen.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsbimetall (32) mit seinen beiden Lagerzapfen (46) und mit den Lagerlaschen (40) der Lagerklemme (54) Spitzen- bzw. Schneidenlager (44) bildet.
Leistungssteuergerät nach einem der Asprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsbimetall (30) kreisbogenförmig derart gekrümmt ist, dass die Temperaturdifferenz eine Längendifferenz bewirkt.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Last- und Signalkontakte parallel zur Drehachse (37) durch ein durch die Stellwelle (12) einstellbares Schalträdchen (14) betätigbar sind.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mitnehmer derart mit Kippachse (84) und Hubnocken (76) ausgebildet ist und am Sockel (10) eine Auflaufschräge (80) derart vorgesehen ist, dass der Schaltnocken (78) für den Schaltkontakt (98) zusätzlich zur Drehbewegung einen Hub ausführt.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Arbeitsbimetall zur Verhinderung von Wärmeableitung Kraftübertragungen nur an Punkten oder Linien erfolgen und nicht an Flächen.
Leistungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bimetalle (30, 32) keine Nietungen oder Schweißungen aufweisen.