DE2034146C3 - Magnetothermischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen megnetnthermischen Schalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs, as

Es sind bereits verschiedene Thermoschalter ähnlicher Art bekannt. Bei einem dieser Thermoschalter (DT-AS 1 241 729) wird ein Reed-Kontakt von einem ringförmigen Dauermagneten umgeben, der seinerseits von einem Ring eines Materials mit temperaturabhangiger Permeabilität umgeben wird. Bei Normaltemperatur hat dieser Ring eine hohe Permeabilität, so daß er einen guten Nebenschluß für den in Axialrichtung magnetischen Dauermagneten bildet. Bei hoher Temperatur, d. h. oberhalb der Curie-Temperatur, wird die Permcabilität des Ringes klein und damit seine Nebenschlußwirkung für den Dauermagneten unterbunden, so daß nun ein stärkerer magnetischer Fluß durch die Reed-Kontakte hindurchgeht, die dadurch geschlossen werden. Ein anderer Thermoschalter (Gcbrauchsrnusterschrift 1913 392) hat ähnlichen Aufbau mit der gleichen Funktion. Bei diesem Thermoschalter liegen ein Dauermagnet, ein Weicheisenelement und ein Reed-Kontakt in einem magnetischen Kreis in Reihe. Bd dieser Anordnung ist der von dem Dauermagneten bewirkte und über das Weicheisenelement zu den Reed Kontakten gefühlte magnetische Fluß so groß, daß die Reed-Kontakte geschlossen werden. Steigt die Temperatur über den Curie-Punkt, so reicht das Streufeld des Dauermagneten nicht mehr aus, die Reed-Kontakte gegen ihre Federkraft geschlossen zu halten. Ein weiterer Thermoschalter (französische Patentschrift 1 549 J44) hat prinzipiell den gleichen Aufbau — jedoch mit zvlindrischer Anordnung.

Bei den vorstehend beschriebenen Thermoschaltern wird stets nur ein Permanentmagnet und ein Eisenmaterial mit einem bestimmten Curie-Punkt verwendet. Der Durchgang der Temperatur durch den Curie-Punkt führt bei diesen Vorrichtungen entweder zur Einschaltung der Wirkung des Permanentmagneten oder zur Ausschaltung dessen Wirkung. Es kann daher für den .Schaltvorgang nur diese einzige Temperatur des Curie-Punktes des verwendeten Weicheiscnmaterials als .Schaltkriterium benutzt werden, womit sich nachteiligerweise nur eingeschränkte Verwendungsmöglichkeiten für Thermofühlcrvorrichtungen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermoschalter gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, der eine weitere Schaltmöglichkeit hat.
' Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei den zuvor beschriebenen bekannten Thermoschaltern wird das Prinzip angewendet, die Wirkung des Permanentmagneten auf den Reed-Konu.kt in Abhängigkeit vom Durchschreiten eines Curie-Punktes ein-°oder auszuschalten. Eine Simulierung von drei Stellungen eines Permanentmagneten gegenüber einem Reed-Kontakt wie bei der vorliegenden Erfingung erfolgt bei diesen bekannten Thermoschaltern

Zur Ergänzung sei noch darauf hingewiesen, daß die Nutzung von Reed-Kontakten in Verbindung mit magnetischen Werkstoffen zur Herbeiführung temperaturabhängiger Schaltvorgänge allgemein bekannt ist (vgi USA-Patentschrift 3 008 019, »Technologie und Anwendung magnetischer Werkstoffe«, 1958. VEB-Verlag S. 295: »Zeitschrift für angewandte Physik« Xl. Band, HeftS, 1959, S. 172 bis 174).

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielcn näher erläutert. Es zeigt ...

F i g. la eine Schnittansicht eines Beispiels eines üblichen Tcmperaturschalters,

F i g. \b eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels des üblichen Temperaturschalterv

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Temperaturschalters,

F i g. 3a. 3b und 3c jeweils eine Ansicht zur Veranschaulichung der Betriebsweise eines Reed-Kontaktes,

F 1 g. 4a und 4b jeweils eine Ansicht zur Veranschaulichung der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Thermoschalter* nach F i g. 2 und

F i g. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbcispiels des erfindungsgemäßen Temperaturschalters.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugs/iffcrn die entsprechenden oder äquivalenten Teile der Thermoschalter.

In den Fig. la und Ib ist ein Ausführungsbeispiel einer üblichen bekannten Art von Schaltern dargestellt, die beispielsweise für Motor-Kühlwasser verwendet werden. Wie aus F i g. la ersichtlich, schließt ein Bimetall 1. das in einem in das Kühlwasser 2 hineinragenden Behälter 5 vorgesehen ist, mit einem an der Spitze seines Endteils vorgesehenen Kontaktteil 3«i einen Kontakt mit einem feststehenden Kontaktteil 4.i auf Grund seiner Biegeverschiebung und schaltet eine Warnlampe 10 ein. wenn das Kühlwasser 2 auf Grund seiner zu niedrigen Temperatur für das Fahren eines Automobils ungeeignet ist. Wenn der Motor auf Grund einer zu hohen Temperatur des Motor-Kühlwassers 2 einer Überhitzung ausgesetzt ist, schließt demgegenüber das Bimetall mit einem von dein Kontaktteil 3a getrennt angeordneten Kontaktteil 3fo einen Kontakt mit einem feststehenden Kontaktteil 4/>, der dem feststehenden Kontaktteil 4,-/ gegenüber angeordnet ist, auf Grund der Biegeverschiebung des Bimetalls in einer gegenüber der vorherigen entgegengesetzten Richtung und schaltet die Warnlampe wie in dem vorherigen Fall ein.

Der in Fig. Ib dargestellte Schalter ist zusätzlich derart angeordnet, daß er jeden Fall unnormalen Ansteigens oder Abfallens der Kühlwasserteinperatur mittels des Bimetalls 1 feststellt und die Warnlampe 10 einschaltet.

Da ein ausreichender Kontaktdruck zwischen den Kontakten nicht nur durch Verschiebung des Bimetalls

I auf Grund der Temperatur erhalten wird, ergeben sich jedoch einige Nachteile darin, daß ein Fehlbetrieb durch die Schwingungen des Fahrzeugs verursacht wird und der nicht ausreichende Kontakt durch Ober flächenkorrodierung durch schädliche Gase hervorgerufen wird, die aus einer Dichtung 6 abgeleitet werden, da die Kontakte 3a. 36, Aa und 46 aus dem Behälter 5 herausgezogen sind, und daß weiterhin die Wärme Ansprechbarkeit relativ gering ist.

Bei dem beanspruchten Temperaturschalter werden die vorstehend erwähnten Nachteile dadurch vermieden, daß ein mit der Alarmvorrichtung verbundener Lcitungsschalter in dem magnetischen Kreis eines Permanentmagneten angeordnet ist und daß ein Stück magnetischer Substanz mit einer beträchtlichen Tempera turabhängigkeit der magnetischen Permeabilität magnetisch in Serie mit dem Permanentmagneten an-CTcordnet ist, wobei der Thermoschalter sj gebildet ist, daß er durch Änderung der Permeabilität des Stücks magnetischer Substanz auf Grund der Temperaturen deiung ein- und ausgeschaltet wird, und daß der Schalter ausreichenden Kontaktdruck, hohe Zuverlässigkeit und Beständigkeit und weiterhin schnelle Ansprechbarkeit aufweist.

Bei dem beanspruchten Thermoschalter (der Patentanspruch bezieht sich auf die F i g. 2) treten die drei Schaltzustände auf, die in den F i g. 3a bis 3c gezeigt sind. Bei niedriger Temperatur herrscht der in F i g. 3c gezeigte Schaltzustand, bei dem beide - in F i g. 2 gezeigten - Zylinderstücke 9a und 96 eine hohe Permeabilität haben, so daß sie den von dem Permanentmagneten 8 hervorgerufenen magnetischen Fluß derart gut leiten, daß angenommen werden könnte, daß das zweite Zylinderslück 9a selbst einen Permanentmagneten bildet bzw. der Permanentmagnet 8 sich in der in F ι g. 3c gezeigton Stellung - der zweiten Schließstellung - befindet. Bei einer Temperatur, die zwischen den beiden Curie-Punkten der beiden Zylinderstücke liegt, ist die Permeabilität des zweiten Zylinderstücks 9,i derart stark herabgesetzt, daß es magnetisch praktisch nicht wirksam ist. Damit entspricht das erste Zylinderslück 9b einem Permanentmagneten in der in F ι g. 3b gezeigten Stellung, bei der der Reed-Kontakt geöffnet ist. Steigt die Temperatur über den Curie-Punkt des ersten Zylinderstücks an, ist praktisch nur noch der Permanentmagnet 8 wirksam, was dem in F i g. 3a gezeigten Zustand entspricht, bei dem der Reed-Kontakt ebenfalls geschlossen ist (erste Schließstellung).

Bei diesem Thermoschalter werden praktisch die drei Stellungen eines Permanentmagneten gegenüber einem Reed-Kontakt simuliert, bei denen die erste Schließstellung, die Öffnungsstellung und die zweite Schließstellung des Reed Kontaktes erreicht wird. Dadurch sind mit dem Thermoschalter vorteilhafterweise zwei verschiedene Schaltvorgänge möglich, die zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich den Curie-Punkten der beiden Zylinderstücke, zugeordnet sind.

Im folgenden wird an Hand der F i g. 3a, 3b und 3c das Betriebsprinzip eines bekannten Rced-Kontaktes erläutert. In dem Beispiel nach F i g. 3a ist ein axial magnctisiertcr Magnet 8 in Abstand von einem Reed-Kontakt 7 angeordnet; in diesem Fall wird nur eine Zuleitung eines Paars von Zuleitungen des Reed-Konlaktcs 7 magnetisiert, und der Reed-Kontakt 7 ist geschlossen (diese Stellung wird im folgenden als »die erste geschlossene Stellung« bezeichnet). Wenn dann der Magnet 8 in einen bestimmten Bereich einer Zuleitung, wie in Fig. 3b dargestellt, angeordnet ist, wird in diesem Fall ein Paar von Zuleitungen in der gleichen Polarität magnetisiert, und der Reed-Kontakt 7 ist geöffnet (diese Stellung wird im folgenden als »die öffnungssiellung« bezeichnet). Wenn weiterhin der Magnet 8 in dem mittleren Teil des gesamten Reed-Kontaktes 7, wie in F i g. 3c dargestellt, angeordnet ist, gelangt in diesem Fall ein magnetischer Fluß durch ein Paar von Zuleitungen, und der Reed-Kontakt 7 ist geschlossen ίο (diese Stellung wird im folgenden als »die zweite geschlossene Stellung« bezeichnet).

In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Thermoschalters dargestellt; die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Reed-Kontakt, der über eine Warnlampe 10 mit einem Anschluß einer Spannungsquelle 11 verbunden ist; der Reed-Kontakt ist normalerweise durch Einschließen eines Paars von Teilen magnetischer Substanz, d. h. der Zuleitungen 13a, 136, in einem Glasrohr J2 gebildet. Die Bezugsziffer 8 be-ϊο zeichnet einen ringförmigen Permanentmagneten, der axial magnetisiert ist und in einer der in Fig. 3a gezeigten Stellung entsprechenden Stellung um den Reed-Kontakt 7 herum, d.h. in der ersten geschlossenen Stellung angeordnet ist; die Bezugsziffern 9a und S5 96 bezeichnen ringförmige Stücke magnetischer Substanz, die aus einem Material gebildet sind, das eine beträchtliche Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität aufweist, wie beispielsweise Thermoferrit. wobei jedes magnetisch in Serie mit dem Permanentmagneten 8 jeweils in der Öffnungsstellung und der zweiten geschlossenen Stellung angeordnet ist, jedoch die magnetischen Transformationspunkte jeden Teils verschieden voneinander sind.

Ein magnetisches teil 9a hat einen magnetischen Transformationspunkt der Temperatur, bei der das Kühlwasser 2 gerade die optimale Temperatur aus einer unnormal niedrigen Temperatur erreicht, und das andere magnetische Teil 96 hat einen magnetischen Transformationspunkt, bei dem das Kühlwasser 2 gerade die unnormal hohe Temperatur aus der optimalen Temperatur erreicht.

Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Behaltender aus einem ausgezeichnet thermisch leitenden, nichi-magnetischen Material wie beispielsweise Messing, Aluminium od. dgl., gebildet ist; die Bezugsziffer 14 bezeichnet eine isolierende Abdeckung zur Verhinderung des Eintritts von Wasser, Staub od. dgl. in das Innere des Behälters von der Außenseite, die zur elektrischen Isolierung der Zuleitung 13a des Leitungsschalters 7 von dem Behälter 5 und zur Sicherung des Leitungsschalters 7 dient.

Im folgenden wird an Hand von F i g. 2 die Betriebsweise des Thermoschalters beschrieben. Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers 2 innerhalb des Ar-55 beitsbereichs liegt, verliert das Zylir.derstück 9a die Funktion als magnetische Substanz, da es den magnetischen Transformationspunkt überschreitet, und wird in den in F i g. 4a dargestellten Zustand aus der Sicht des magnetischen Kreises versetzt; dieser Zustand ent-So spricht dem an Hand von F i g. 3b zuvor beschriebenen, bei dem die Warnlampe 10 ausgeht.

Wenn dann die Temperatur des Motorkühlwassers absinkt und die magnetische Substanz 9,i sich dem magnetischen Transformationspunkt nähert, so daß die «5 magnetische Permeabilität der Substanz 9,i plötzlich ansteigt und die Funktion als magnetische Substanz erhält, und wird versetzt in den in F i g. 4b dargestellten Zustand aus der Sicht des magnetischen Kreises; dieser

Zustand entsprichi dem vorstehend an Hand von F i g. 3c beschriebenen Zustand, so daß der Reed-Kontakt 7 geschlossen wird, und die Warnlampe 10 aufleuchtet, um dem Fahrer die unnormale Temperatur des Kühlwassers anzuzeigen.

Wenn außerdem die Temperatur des Kühlwassers 2 ansteigt und sich dem magnetischen Transformationspunkt des Stücks magnetischer Substanz 96 nähert, sinkt die Permeabilität der magnetischen Substanz 96 plötzlich ab und verliert die Funktion als magnetische Substanz, so daß beide Stücke magnetischer Substanzen 9a, 96 keine Funktion als magnetische Substanz besitzen; dies entspricht dem an Hand von F i g. 3a vorstehend beschriebenen Zustand — aus der Sicht des magnetischen Kreises —, so daß die Warnlampe 10 aufleuchtet, um dem Fahrer die unnormale Temperatur des Kühlwassers anzuzeigen.

Wenn zwar in der Ausführungsform nach I- i g. 2 der Thermoschalter derart angeordnet ist, daß er bei Feststellung sowohl der unnormal hohen als auch der unnormalen niedrigen Temperatur Alarm gibt, so kann er weiterhin natürlich derart angeordnet sein, daß er entweder die unnormal hohe oder die unnormal niedrige Temperatur feststellt, indem der Schalter aus dem Stück magnetischer Substanz 9a oder 9b gebildet wird. Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Warnlampe 10 für Alarmzwecke verwendet wurde, kann weiterhin natürlich eine Alarmvorrichtung, wie ein Summer und eine individuell geregelte Vorrichtung verwendet werden.

Ein ausgezeichneter Betrieb wurde mit einem beschriebenen Thermoschalter erhalten, dessen Reed-Kontakt 7 eine Länge von 20 mm, dessen Permanentmagnet 8 eine Stärke von 7 mm und einen Außendurchmesser von 8 mm und einen Innendurchmesser von 4 mm und dessen magnetische Substanz 9a, 9b eine Stärke von 5 mm besaß.

In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Schalters dargestellt. Darin sind axial in der gleichen Polarität magnetisierte ringförmige Permanentmagnete 8a, Sb getrennt voneinander in einer Öffnungsstellung angeordnet: die andere Öffnungsstellung ist bezüglich dieser Stellung über den Reed-Kontakt symmetrisch; ein ringförmiges Stück magnetischer Substanz 9 mit einer beträchtlichen Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität ist magnetisch in Serie zwischen die Permanentmagneten 8a und 86 etwa in der Mitte des Leitungsschalters 7 angeordnet. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Behälter, und die Bezugsziffer 14 eine isolierende Abdeckung.

Im folgenden wird die Betriebsweise der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform des Temperaturschalters erläutert Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers 2 zu niedrig ist und sich die magnetische Substanz 9 auf einer Temperatur unterhalb des magnetischen Transformationspunktes befindet, sind die Per manentmagneten 8a, Sb und das magnetische 1 eil 9 in einem Magneten gebildet, und im Ergebnis ist dieser Magnet in der zweiten Schließstellung angeordnet, so daß der Leitungsschalter geschlossen und die Warnlampe 10 eingeschaltet wird, wodurch die unnormale Temperatur des Kühlwassers dem Fahrer angezeigt wird.

Wenn die Temperatur des Moiorkühlwassers ansteigt und sich dem magnetischen Transformationspunkt der magnetischen Substanz 9 annähert, verliert diese die Funktion als magnetische Substanz auf Grund des plötzlichen Abfallens ihrer magnetischen Permeabilität; dieser Zustand entspricht einem Zustand, bei dem die Permanentmagneten 8a, 86 in der Öffnungsstellung angeordnet sind, so daß der Reed-Kontakt 7 geöffnet und demzufolge die Warnlampe ausgeschaltet wird.

Wie im vorstehenden beschrieben, ist experimentell festgestellt, daß der Betrieb des Leitungsschalters

»o durch symmetrische Anordnung der Permanentmagneten bezüglich des Leitungskontaktes zuverlässiger ist.

Im vorstehenden wird ein Thermoschalter beschrieben, bei dem der Permanentmagnet und das eine beträchtliche Temperaturabhängigkeit der magnetischen

»5 Permeabilität aufweisende Material magnetisch in Serie und passend in der ersten Schließstellung, der zweiten Schließstellung und/oder der Öffnungsstellung angeordnet ist. wobei der auf Grund der Änderung der magnetischen Permeabilität dieses Materials durch das

3= unnormale Ansteigen oder Abfallen der Temperatur der zu messenden Objekte ein- und ausgeschaltet wird. und die unnormale Temperatur festgestellt werden kann.

Daher kann mit dem Thermoschalter ein im Vergleich zu dem üblichen, ein Bimetall verwendenden Temperaturschalter besserer Kontaktdruck erhalten werden, und das Problem vollständig beseitigt werden. daß der Kontakt durch schädliche Außenatmosphäre korrodiert wird, da der Reed-Kontakt die Leitungen innerhalb seiner Glasrohre einschließt, so daß die Lebensdauer der Kontakte sehr lang gemacht ist, und weiterhin die Wärme-Ansprechbarkeit des Thermofühlers sehr schnell gemacht wird.

Bei dem Thermoschalter ist ein mit einer Aiarmvorrichtung verbundener Reed-Kontakt in einem magnetischen Kreis eines Permanentmagneten angeordnet, und ein Stück magnetischer Substanz, die durch ein Material mit beträchtlicher Temperaturabhängigkeit der magneMschen Permeabilität gebildet ist. magnetisch in Serie mit dem Permanentmagneten angeordnet wobei die Alarmvorrichtung durch das Ein- und Ausschalten des Reed-Kontaktes in Übereinstimmung mil der Änderung der Permeabilität des Stücks magneti scher Substanz in Abhängigkeit von der Temperaturen-

derung betätigt wird, so daß unnormales Ansteiger oder Abfallen der Temperatur festgestellt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetothermiseher Schalter, bestehend aus einem Thermofühler mit einem Reed-Kontakt, der von einer Reihenanordnung aus einem Permanentmagneten und einem Zylindersiück mit temperaturabhängiger Permeabilität umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) in der ersten Schließstellung des Reed-Kontak- »o tes (7) angeordnet ist, das Zylinderstück (9) in der Öffnungsstellung und ein zweites Zylinderstück (9<-j) mit temperaturabhängiger Permeabilität in der zweiten Schließstellung angeordnet ist, wobei der Curie-Transformationspunkt des zweiten Zylinder-Stücks (9a) r.iedriger als der des ersten (9b) ist.