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"Schaltgerät mit temperaturabhängigen linearen Stellmotor als Betätigungselement"
motor als Betätigungselement" Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit temperaturabhängigen
linearen Stellmotor als Betätigungselement, bestehend aus in einem Hohlraum eingeschlossenen,
sich bei Erwärmung ausdehnenden Stoff, einen durch den sich ausdehnenden Stoff verschiebbaren
Betätigungskolben, ein RUckstellfeder und einem Schaltelement.
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Es besteht vielfach der Wunsch Schalt-, Steuer- und/oder Regelvorgänge
in Abhängigkeit von der Temperatur durchzuführen oder auszulösen. Zu diesem Zweck
finden elektrische Schaltgeräte, Mikroschalter od. dgl. Verwendung, die in einem
elektrischen Kreis, einem Steuer- oder Regelkreis angeordnet sind und durch ein
Stellglied beim Auftreten einer bestimmten Temperatur bzw.
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eines durch eine bestimmte Temperatur charakterisierten Zustandes
einer beliebigen physikalischen Größe ein-, aus- bzw.
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umgeschaltet werden. Bei einem bekannten Thermoschalter ist als temperaturabhängiges
Schaltelement eine Springscheibe aus Bimetall vorgesehen, die über einen Stößel
eine Kontakthalterung betätigt, die ihrerseits eine Schaltwippe auslöst, wodurch
beim Umspringen der Springscheibe bei einer bestimmten Temperaturänderung ein Kontakt
geöffnet bzw. geschlossen wird. Dabei sind diese Schaltelemente in einem Gehäuse
untergebracht. Dieses Gehäuse weist Montageöffnungen auf, durch die die notwendige
Justierung der Kontaktabstände u. dgl. vorgenommen werden kann.
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Bei einer anderen bekannten Ausführungsform eines Thermoschalters
mit einer Springscheibe aus Bimetall wirkt die Springscheibe selbst als Kontaktelement
und schließt btw. öffnet bei ihrem Umspringen entsprechend der Temperaturänderung
zugeordnete Kontakte. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine das Gehäuse durchdringende
Justierschraube notwendig und vorgesehen.
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Bei anderen Thermoschaltern der in Rede stehenden Art sind Bimetallstreifen
vorgesehen, die durch ihre Durchbiegung bei Temperaturänderungen Kontakte schließen
oder öffnen. Auch hierbei ist zur Justierung des Kontakt abstandes im zugehörigen
Gehäuse eine dRfnung vorgesehen, die nach der Justierung durch eine Verschlußplatte
geschlossen wird.
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Es sind auch Thermoschalter bekannt, die durch einen in einem Gehäuse
befindlichen, sich bei Erwärmung ausdehnenden Stoff unter Vermittlung durch einen
Arbeitskolben betätigt werden.
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Bei einer bekannten Ausführungsform ist in einem Gehäuseteil ein entsprechender
Stoff angeordnet, der über eine Gummimembrane auf einen Betätigungsbolzen wirkt,
während dieser Kolben andererseits in ein anderes Gehäuseteil ragt und bei seiner
Verschiebung einen Wippkontakt betätigt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist sowohl das Gehäuse, das den
wärmedehnfätiigen Stoff umschließt, als auch der Arbeitsstift mit Schaltkontakten
versehen, die je nach der Ausdehnung oder Zusammenziehung des Wärmedehnstoffes einen
elektrischen Stromkreis öffnen oder schließen.
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Bei den Thermoschaltern, die mit Bimetallen arbeiten, sei es in Form
von Springscheiben, sei es in Form von Schalt zungen, besteht ein Nachteil, daß
die Bimetallanordnungen empfindlich gegen Temperaturiiberhöhungen sind, daß sie
in der Null-Lage sehr
labil und im übrigen erschütterungsempfindlich
sind. Erschwerend kommt hinzu, daß die bisher bekannten Thermoschalter eine relativ
aufwendige Konstruktion erfordern und einen relativ-großen Platzbedarf aufweisen.
Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Notwendigkeit, die Schalter auf genaue
Temperaturgrenzen zu justieren. Die Justiervorrichtungen, beispielsweise Justierschrauben,
müssen von außen zugänglich sein. Die Notwendigkeit einer Justierung ergibt sich
aus den Toleranzen der ßusdehnunrselemente und der eigentlichen Schaltvorrichtungen.
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Infolge der nur von außen zugänglichen Justiervorrichtungen besteht
die Notwendigkeit, die hierfür in das Innere des Schalters führenden OffnunÓen,
durch einen gesonderten Arbeitsgang zu verschließen, und zwar so, daß die Öffnungen
absolut feuchtigkeitsdicht sind. In der Praxis wird dies häufig durch ein Verschliessen
mit einem Metallteil und einem anschließenden Ausgießen mit einem flüssigen Kunststoff
oder Klebstoff durchgeführt. Dieser zusätzliche Arbeitsgang verteuert die Herstellung
des Schalters erheblich. Es ist ferner eine Schalterausführung bekannt, bei welcher
der Zwischenraum zwischen Schalteraußengehäuse und dem eigentlichen Schaltmechanismus
nach der Justierung mit flüssigem Kunststoff ausgegossen werden muß, was sich ganz
besonders verteuernd auswirkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein temperaturabhängiges
Schaltgerät zu schaffen, weiches bei einfachem Aufbau einen genau definierten Umschaltpunkt
aufweist und dessen Justierung von außen ohne Eingriffe in das Schaltgerätinnere
in einfacher Weise möglich ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Schaltgerät der eingangs
erläuterten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein einstückiges Gehäuse mit
Schraubgewinde vorgesehen ist, an dessen einem Ende eine Tragplatte mit dem Schaltelement
und in dessen anderem Endteil ein linearer Stellmotor angeordnet ist und ferner
daß ein die beiden Räume trennendes, mit einer Durchtrittsöffnung für ein Schaltelementbetätigungsglied
des Stellmotors versehenes Widerlager für dieWückstellfeder vorhanden ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung das Widerlager einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.
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Gemäß einem abgewandelten Ausführungsoeispiel der Erfindung kann das
Widerlager auch durch eine einsatzbare Hülse gebildet sein, die im Gehäuse durch
eine deformierbare Randleiste gehalten wird.
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Der temperaturabhängige lineare Stellmotor ist, gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung, als an sich bekanntes temperaturabhängiges Arbeitselement
ausgebildet, das durch Umbördelung eines Gehäuserandes im Gehäuse befestigbar ist,
wobei eine den Arbeitskolben umgreifende mit kreisringförmigen Randteil versehene
Hülse vorgesehen ist, und dieses Randteil als zweites Widerlager für die Rückstellfeder
dient und daß ferner die Hülse einen Fortsatz aufweist, der als Schalterbetätigungsglied
wirkt, Dabei besteht der Fortsatz in vorteilhafter Weise aus Kunststoff und ist
auf die Hülse im Preßsitz aufsetzbar. Die Hülse mit Fortsatz kann aber auch einstückig
aus Kunststoff gebildet sein.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der
lineare Stellmotor einen bei Erwärmung sich stärker als das Gehäusematerial ausdehnenden
Stoff, der in einem abgeschlossenen Hohlraum im Inneren des Endteils des Gehäuses
angeordnet ist, wobei eine Abdeckplatte vorgesehen ist, die sich gegen die einsetz-
und befestigbare Widerlagerhülse abstützt und der Stellmotor einen in an sich bekannter
Weise bei Erwärmung des Feststoffes durch dessen Ausdehnung verschiebbaren Kolben
aufweist, der von einer als Schalterbetätigungselement dienenden Hülse umfaßt ist,
die ihrerseits als zweites Widerlager für die Rückstellfeder dient.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Tragplatte mit dem Schaltelement
an der dem Gehäuseinneren abgewandten Seite ein oder
mehrere Kontaktzungen
aufweist, wobei eine der Kontaktzungen im gehäuseinneren Ende eine federbelastete
Wippe trägt, die vom Schalterbetätigungselement im wesentlichen in Längsrichtung
des Gehäuses gekippt werden kann, daß das andere Ende der wippe mit einer Feder
verbunden ist, die andererseits an einer einseitig abgestützten Kontaktplatte angreift,
derart, daß bei Betätigung der Schaltwippe die Kontaktplatte von einer Kontaktstellung
in eine andere Stellung umspringt, jedoch eine noch weitere Verschiebung der Schaltwippe
den Kontaktdruck nicht vergrößert sondern nur die Schalterfeder zusätzlich beaufschlagt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltgerätes treten bei
den Temperaturänderungen relativ hohe Betätigungskräfte auf, so daß genau definierte
Umschaltpunkte erhalten werden.
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Der sogenannte Überlauf, d. h. das weitere Verschieben des ScAalterbetätigungselementes
bei weiterer Temperaturerhöhung wird im Schaltmechanismus aufgenommen, ohne zusätzliche
konstruktive Hilfsmittel.
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Für bestimmte Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, wenn die
Kontaktplatte mit zwei getrennten Kontakten abwechselnd zusammenoirkt und derart
als Umschalter mit einer bevorzugten Schaltstellung i unbelasteten Zustand wirkt.
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Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anstelle
einer der nach außen gerichteten Kontakt zungen an der gehäuse inneren Unterseite
der Trägerplatte eine als Masseanschluß durch leitende Verbindung mit dem Gehäuse
dienende Kontaktzunge vorgesehen.
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5 ist ferner vorteilhaft, im Gehäuse zusätzlich in der Tragplatte
ein an sich bekanntes Funkenlöschglied zur VerrinverunÕ des Kontaktabbrandes vorzusehen.
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heitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erden anhand der Zeichnung
näher erläutert, die schematisch AusiilhrunDsbeispiele darstellt. Dabei zeigt: a
Fig.
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts, und Fig.
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 an
dessen oberen Ende 6, ein auf einer Tragplatte 5 angeordnetes Schaltelement 2 vorOesehen,
welches unter Verwendung eines Dichtungsringes )2 durch Umbördeln des Gehäuserandes
im Gehäuse befertigt ist. In einem unteren Endteil 17 des Gehäuses 1 ist ein an
sich bekanntes temperaturaDhän,iges Arbeitselement 14 vorgesehen, bei dem in einem
Gehäuse ein sich bei Erwärmung ausdehnender fester, flüssiger oder gasförmiger Stoff
angeordnet ist, der auf einen Arbeitskolben 16 wirkt und diesen bei Ausdehnung infolge
Temperaturerhöhung aus dem Gehäuse herausdrückt. Das Arbeitselement 14 wird ebenfalls
unter Zwischenlegen eines Dichtungsringes 33 durch UmDördeln des unteren Randes
des Gehäuses 1 festgehalten. Das Gehäuse 1 weist ein Außengewinde 4 auf, zum Einschrauben
in eine Rohrleitung od. dgl., für ein Medium, dessen Temperatur maßgebend für die
Betätigung des Schaltelementes 2 ist.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Gehäuse 1 einen vorzugsweise
sechskantigen Schraubteil aufweist. Im Gehäuse 1 ist ein Widerlager lo vorgesehen,
für eine Hückstellfeder 11, die den Arbeitskolben 16 bei Temperaturerniedrigung
wieder in das Gehäuse des Arbeitselementes 14 hineindrückt. Dabei ist bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 das Widerlager lo einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet und weist
eine Durchtrittsöffnung 8 für ein Schaltelementbetätigungsglied 9 auf. Dieses Schaltelementbetätigungsglied
ist als eine den Arbeitskolben 16 umfassende Hülse 17 mit einem kreisringförmigen
Randteil 18 ausgebildet.
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Dieser Randteil 18 dient als zweites Widerlager für die Rückstellfeder
11. Die Hülse 17 weist dabei einen Fortsatz 19 auf, der mit einer Schaltwippe 27
des Schaltelementes 2 zusammenwirkt. Dabei kann der Fortsatz 19 als aus Kunststoff
hergestellte Haube ausgebildetsein, er kann aber auch einstückig mit der Hülse 17
zur Gänze aus Kunststoff u5t'hcfl, Auf d r Tragplatte 5 sind Kontaktzun;en 24, 25
und 26 vor@@@ hen. Diese Kontaktzungen durchdringen die aus Isolierst @@@ bestehende
Tragplatte 5. Dabei weist die Kontaktzunge '4 an ihrer gehäuseinneren
Seite
eine Schaltwippe 27 auf, die einerseits mit dem Fortsatz 19 des temperaturabhängigen
Arbeitselementes zusammenwirkt, während andererseits am anderen Ende der Schaltwippe
27 eine Feder 28 angreift. Die Feder 28 ist mit ihrem anderen Ende mit einer einseitig
eingespannten oder abgestützten Kontaktplatte 29 verbunden. Diese Kontaktplatte
trägt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kontakt, der je nach dem Schaltzustand
entweder an dem Kontakt 30 der Kontaktzunge 26 nder an dem Kontakt 31 der Schaltzunge
25 anliegt.
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Wird bei Temperaturerhöhung des das Gehäuse des temperaturabhängigen
Arbeitselementes 14 umströmenden Mediums das Volumen des im Gehäuse befindlichen
Wärmedehnstoffes vergrößert, dann schiebt dieser den Arbeitskolben 16 (in der Zeichnung)
nach oben.
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Durch den Arbeitskolben 16 wird die Hülse 17 mit dem Randteil 18 gegen
die Wirkung der Rückstellfeder 11 mitgenommen. Dadurch wird andererseits das anliegende
Ende der Schaltwippe 27 in LKngsrichtung des Gehäuses 1 verschoben. Durch Wirkung
der Feder 28 springt die Kontaktplatte 29 von einer Kontaktstellung in die andere.
Dadurch wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Leitung zwischen
Kontaktzunge 24 und der Kontakt zuge 25 unterbrochen, während über die Kontakt zunge
24, die Kontaktplatte 29 und den Kontakt 50 der Kontakt zunge 26 ein zweiter Kontakt
geschlossen wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß anstelle der dargestellten
Umschalteinrichtung auch eine einfache Zin- bzw. Ausschaltvorrichtung vorgesehen
werden kann. Erniedrigt sich die Temperatur des steuernden Mediums, dann drückt
die Rückstellfeder 11 die Hülse 17 und dadurch auch den Arbeitskolben 16 in das
Gehäuse des temperaturabhängigen Elementes 14 zerück.-Durch die Wirkung der Feder
28 kippt die Kontaktplatte 29 in ihre Ruhestellung zurück. Nimmt nach Betätigung
des Schaltelementes bei einer bestimmten Temperatur die Meßtemperatur weiter zu,
dann verschiebt sich der Arbeitskolben 16 mit der Hülse 17 noch weiter nach oben,
wodurch zwar die Feder 28 stärker gespannt wird, der Umschaltzustand der Kontaktplatte
29 aber
nicht verändert und insbesondere der Kontaktdruck zwischen
den Kontakten der Kontaktplatte 29 und dem Kontakt 30 nicht nennenswert erhöht wird.
Eine besondere Überlaufsicherung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht
mehr nötig, da die Zugfeder die Temperaturüberdehnung aufnimmt.
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Die Justierung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes erfolgt in an sich
bekannter Weise durch Deformierung des Gehäuses des temperaturabhängigen Arbeitselementes
14. In der Zeichnung sind Deformationsstellen 54 angedeutet.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tragplatte
5 mit dem eigentlichen Schaltelement gleich ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1. Das Gehäuse 35 stimmt im wesentlichen mit dem Gehäuse 1 des ersten
Ausführungsbeispieles überein. Unterschiedlich ist lediglich die Ausbildung des
unteren Endteiles 7. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Gehäuse nach
unten vollständig abgeschlossen, wobei der untere Endteil 7 einen festen Stoff umschließt,
z. B. Gummi, dessen Ausdehnungskoeffizient größer als der des Gehäuses 1 ist. Der
feste Stoff 20 wirkt auf einen Kolben 22 der von einer Hülse 23 umgeben ist. Die
Hülse 23 wiederum dient als ein Widerlager für die Rückstellfeder 11. Das zweite
Widerlager wird durch eine einsetzbare Hülse 12 gebildet, die durch Umbördelung
einer Innen-Randleiste 15 im Gehäuse 35 befestigbar ist. Die Hülse 23 steht wiederum
mit der Schaltwippe 27 des Schaltelementes 2 in Wirkverbindung. Die Wirkungsweise
eines Schaltgeräts nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der vorher beschriebenen
Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispieles. Bei Erwärmung eines das untere Gehäuseteil
7 umströmenden Mediums dehnt sich der feste Stoff 20 aus und schiebt den Kolben
22 in Achslängsrichtung nach oben.
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Der Kolben 22 nimmt dabei die Hülse 23 gegen die llirkunO der Rückstellfeder
11 mit. Die Hülse 23 löst dann in der oben beschriebenen Weise die Umschaltung der
Kontaktplatte 29 aus. Die Hülse 12 stützt sich mit ihrem unteren Ende gegen eine
Abdeckplatte 21,
wodurch bewirkt wird, daß die Ausdehnung des Stoffes
20 lediglich auf den Kolben wirken kann. Dieser Kolben 22 dient in gewissem Sinne
als Übersetzungsglied zur Stellwegvergrößerung, da die Ausnützung einer Durchbiegung
der Abdeckplatte 21 einen zu geringen Stellweg ergeben würde.
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In Fig. 2 ist mit )6 eine vorzugsweise an der Unterseite der Tragplatte
5 angeordnete, als Masseanschluß dienende Kontaktzunge bezeichnet. Diese Kontaktzunge
36 ist z. B. mit dem die Wippe 27 tragenden Winkel verbunden oder einstückig ausgebildet.
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Sie steht mit dem Gehäuse in leitender Verbindung. Bei Verwendung
einer derartigen Kontaktzunge kann die links gezeichnete, nach außen gerührte Kontakt
zunge 24 oberhalb der Tragplatte 5 entfallen.
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Besonders vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Schaltgerät,
daß das eigentliche Schaltelement 2 als Bauelement vor dem Einbau in das Gehäuse
1 vollständig zusammengebaut werden kann, daß die Justierung lediglich durch Deformation
der den Wärmedehnstoff umgebenden Hülse erfolgt und daß der Überweg des Schaltelementbetätigungsgliedes
durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schaltelementes selbst ohne weiteres aufgenommen
wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und insbesondere alle
Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale.
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- Ansprüche