DE2128415A1

DE2128415A1 - Thermostat-Schalter

Info

Publication number: DE2128415A1
Application number: DE19712128415
Authority: DE
Inventors: Jens Sottrup Andresen (Dänemark). P
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1972-12-14
Also published as: DK137415C; FR2140505A1; AR192454A1; DK137415B; DE2128415C3; BR7203663D0; DD96802A5; JPS519912B1; ES403579A1; IT959064B; US3771090A; FR2140505B1; DE2128415B2; PL82677B1; GB1399714A; CH535489A

Description

Thermostat-Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermostat-Schalter mit einem aus einem starren Hebel und einer Schnappfeder bestehenden Schnappsystem sowie einem Dampf enthaltenden Arbeitselement und einer diesem entgegenwirkenden, verstellbaren Sollwertfeder, wobei Arbeitselement und Sollwertfeder am Hebel angreifen.

Bei Schaltern der hier betrachteten Art hat die Schnappfeder, insbesondere eine Omega-Feder, in der Arbeitsrichtung eine negative Federkennlinie. Das Umschnappen erfolgt daher, wenn die Differenz der vom Arbeitselement und von der Sollwertfeder aufgebrachten Kräfte die in der Ruhelage vorhandene Schnappfederkraft übersteigt. Diese Schalter werden daher auch als ••kraftproportional¹¹ im Gegensatz zu "wegproportionalen^w Schaltern bezeichnet, bei denen zumindest ein Hebel des Schnappsystems über eine Totpunktlage hinweg bewegt werden muß, ehe das Umschnappen erfolgt.

Da die Dampfdruckkurve nicht linear ist, ändert sich die Temperaturdifferenz, also der Unterschied zwischen der Einschalttemperatur und der Ausechalttemperatur, mit der jeweils eingestellten Sollwert-Temperatur. Erstrebt ist es aber, diese Differenz über den gesamten Arbeitsbereich annähernd konstant zu hal ten. Daher ist es bei thermoetatischen Betätigungsvorrichtungen it einen Dampf enthaltenden Arbeitseleaent und einer Sollwert- »-ier bereit« bekannt, die Sollwertfeder ao auezulegen, daß die Steilheit der Federkennlinie nit wachsender Federkraft zunimet,

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die Federkennlinie also der Dampfdruckkurve ähnelt· Bei kraftproportionalen Thermostat-Schaltern läßt sich auf diese Weise keine Kompensation erzielen·

Es ist ein krafproportionaler Thermostat-Schalter bekannt, bei dem ein doppelarmiger Hebel verwendet ist. Arbeitselement und Sollwertfeder sind nebeneinander zu beiden Seiten des Drehpunkts angeordnet und wirken in einem Winkel von 90° auf den. Hebel.

Bei einem anderen kraftproportionalen Schalter sind Arbeits- * element und Sollwertfeder koaxial zueinander angeordnet· Sie greifen an einer gemeinsamen Stange an· Die Stange überträgt die Kraftdifferenz auf den Hebel·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wenigstens teilweise kompensierten kraftproportionalen Thermostat-Schalter anzugeben·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Linie des Kraftangriffs der .Sollwertfeder mit dem Hebel einen so weit von 90° abweichenden Winkel bildet, daß der Einfluß der gekrümmten Dampfdruckkurve auf die Schaltdifferenz wenigstens teilweise kompensiert ist·

Eine solche Kompensation wird erreicht, wenn die Linie des Kraftangriffs der Sollwertfeder mit dem dea Drehpunkt zugewandten Hebelabschnitt kleiner als 90° ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Winkel zwischen der Linie des Kraftangriffs der Sollwertfeder und dem Hebel 60 - 80°, vorzugsweise £5 - 75°, beträgt.

Neigt man die Linie des Kraftangriffs der Sollwertfeder in der beschriebenen Weise, so ergibt sich ganz überraschend, daß die Kennlinie d*r auf den Hebel wirkenden Federkraft eine mit . auneh-

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mender Federkraft abnehmende Steilheit hat. Gerade ein solcher Verlauf ist aber bei einem kraftproportionalen Schalter erforderlich, um die Krümmung der Federkennlinie wenigstens teilweise zu kompensieren. Umgekehrt führt die geschilderte Neigung der Linie des Kraftangriffs des Arbeitselements dazu, daß der am Hebel wirksame Dampfdruck eine Kurve geringerer Krümmung aufweist.

Eine besonders platzsparende Bauform ergibt sich, wenn der Hebel aus zwei stumpfwinklig aneinanderstoßenden Armen besteht, die Sollwertfeder am der Schnappfeder abgewandten-Arm angreift und etwa parallel zu dem der Schnappfeder zugewandten Arm verläuft. Der Schalter kann dadurch zu einer sehr kompakten Einheit ausgebildet werden, daß auf der der Sollwertfeder gegenüberliegenden Seite des der Schnappfeder zugewandten Arms nebeneinander das Arbeitselement und das Kontaktsystem angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in einem Diagramm die Dampfdruckkurve und die an den Federn auftretenden Kräfte,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Thermostat-Schalter gemäß der Erfindung und

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 3.

Der Thermostat-Schalter hat ein Schnappsystem, das aus einem doppelarmigen Hebel 1 und einer Omega-Feder 2, besteht. Der Hebel ist um einen gehäusefesten Drehpunkt 3 schwenkbar. Er bildet mit der Omega-Feder ein Gelenk 4. Die Omega-Feder ist an einem gehäusefesten, gegebenenfalls justierbaren Widerlager gehalten. Der Hebel besteht aus zwei Armen 6 und 7. Senkrecht

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auf den Arm 6 wirkt die Kraft Pd eines Arbeitselements. Unter einem Winkel eC von 60 - 80, vorzugsweise 65 -75° wirkt die Kraft der Sollwertfeder P₂. Die Sollwertfeder ist eine Zugfeder und in Richtung ihrer Kraftlinie ausziehbar. Am Hebelarm 6 befindet sich ein elektrischer Kontakt 8, der mit einem festen Kontakt 9 zusammenwirkt. Dieser Kontakt dient hierbei auch als mechanischer Anschlag. Die andere Ruhelage ist durch einen gehäusefesten Anschlag 10 bestimmt. Infolgedessen kann sich der Hebel 1 beim Umschnappen um einen Winkel β verschwenken. -

In Fig. 2 ist links über der Temperatur der Dampfdruck P-, des Arbeitselements aufgetragen. Rechts sind die im Schnappsystem bei verschiedenen Stellungen und bei verschiedenen Einstellungen der Sollwertfeder auftretenden Kräfte veranschaulicht. Der Kraftverlauf ist über dem Schwenkwinkel (h dargestellt. Der Schwenkbereich ist auf den Winkel ß beschränkt. Die Omega-Feder 2 hat in diesem Bereich eine negative Kennlinie Cj_Q. Bei einer ersten Einstellung der Sollwertfeder, bei der die Kraft Pp klein ist, ergibt sich in dem Schwenkbereich eine am Hebel 1 wirkende Kraft mit der Kennlinie c^, bei einer größeren Kraft P₂ die Kennlinie C₂₂. Addiert man die wirksame Kennlinie der Sollwertfeder und die Kennlinie, der Omega-Feder, so ergibt sich bei der ersten Einstellung (kleine Kraft P₂) die Kennlinie c * und bei der zweiten Einstellung (große Kraft P₂) die Kennlinie c ₂. Die durch diese Kennlinien bestimmten Kräfte wirken gegen die Kraft der Dampfdruckkurve P^. Überschreitet der Dampfdruck bei der ersten Einstellung den Punkt a, so schnappt das System um und der Arbeitspunkt wandert von b nach c. Erst wenn der Dampfdruck den Punkt d unterschritten hat, schnappt das System in die Ausgangslage zurück. Bei der zweiten Einstellung ergeben sich ähnliche Verhältnisse. Beim Überschreiten des Punktes e schnappt das System von f auf g. Ein Rückschnappen erfolgt erst, wenn der Punkt h der Dampfdruckkurve unterschritten wird."

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Steilheit der am Hebel wirksamen Federkennlinie C₂₁ und C₂₂ mit steigender Federkraft abnimmt. Infolgedessen ergibt sich bei kleiner Federkraft

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eine kleine Kraftdifferenz D und bei großer Kraft eine große Kraftdifferenz D₂. Infolgedessen ist die Temperaturdifferenz und Λ tp» bei der das Umschalten erfolgt, trotz Krümmung der Dampfdruckkurve etwa konstant.

Die hier interessierende wirksame Federkennlinie (mit steigender Kraft abnehmende Steilheit) erhält man dadurch, daß die Kraftlinie der Sollwertfeder im Winkel flC auf "den Hebel 1 wirkt. Obwohl hierbei die der Kraft P^ entgegenwirkende Kraft der Sollwertfeder sich proportional mit deren Auszug ändert, bleibt überraschenderweise die im Schwenkwinkel A wirksame Steigung der Kennlinie nicht konstant, sondern nimmt mit zunehmender Kraft ab.

Die Fig, 3 und 4 zeigen ein praktisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Thermostat-Schalters. Hierbei werden, soweit möglich, für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Der Hebel 1 mit seinen beiden Armen 6 und 7 ist in einem Gehäuse^ 11 untergebracht. Der Hebel 1 ist auf das gehäusefeste Lager 3 nur aufgelegt und wird mit Hilfe der als Zugfedern 26 ausgelegten Sollwertfeder gegen das feste Lager 3 gezogen. Die Sollwertfedern 26 werden am anderen Ende durch Widerlager 12 gehalten. Diese sitzen zum Zweck der Erstjustierung an. Schraubgewinden 13. Die Schraubgewinde 13 sind an einem Schieber 14 befestigt, der mittels einer Kurvenscheibe 15 an einer Stellachse 16 zur Einstellung des Sollwerts verschoben werden kann.

Ein Arbeitselement 17 wird von einer Balgdose 18 und einem Gehäuseteil 19 gebildet. Ein Kapillarrohr 20 steht mit einem nicht veranschaulichten Fühler in Verbindung. Die Temperatur des Fühlers bestimmt den Dampfdruck im Arbeitselement 17. Die Stirnfläche der Balgdose 18 wirkt auf einen Ansatz 21 am Hebel- vm 6.

dieser Ausführungsforra wird der erste Anschlag nicht von vjA^m festen Kontakt 9» sondern von einem Gehäuseteil 22 gebildet, der ein Kontaktsystem 23 umschließt. Wie Fig. 4 zeigt,

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wirkt der Hebelarm 6 auf einen Stößel 24, der seinerseits auf eine den beweglichen Kontakt des Systems 23 tragende Feder 25 einwirkt.

Fig. 4 läßt ferner erkennen, daß zwei Söllwertfedern parallel nebeneinander angeordnet sind und daß auch die Anschläge 10 zu beiden Seiten symmetrisch zur Symmetrielinie vorgesehen sind. .. .

Statt der Omega-Feder kann auch eine andere Schnappfeder verwendet werden, die im Arbeitsbereich eine negative Kennlinie hat. Der Erfindungsgedanke gilt auch für Schnappsysteme mit einarmigem Hebel und für solche Hebel, bei denen die Kraftlinien des Arbeitselements und der Sollwertfeder den gleichen Punkt des Hebels treffen.

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Claims

- 7 Patentansprüche

»J Thermostat-Schalter mit einem aus einem starren Hebel und einer Schnappfeder bestehenden Schnapp system sowie einem Dampf enthaltenden Arbeitselement und einer diesem entgegenwirkenden verstellbaren Sollwertfeder, wobei Arbeitselement und Sollwertfeder am Hebel angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie des Kraftangriffs der Sollwertfeder (26) mit dem Hebel (1) einen so weit von 90° abweichenden Winkel bildet, daß der Einfluß der gekrümmten Dampfdruckkunre auf die Schaltdifferenz wenigstens teilweise kompensiert ist.
2. Thermostat-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie des Kraftangriffs (P₂) der Sollwertfeder (26) mit dem dem Drehpunkt (5) zugewandten Hebelabschnitt (7) kleiner als 90° ist.
3. Thermostat-Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Winkel zwischen der Linie des Kraftangriffs (P₂) der Sollwertfeder (26) und dem Hebel (1) 60 80°, vorzugsweise 65 - 75°» beträgt.
4. Thermostat-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (1) aus zwei stumpfwinklig aneinanderstoßenden Armen (6, 7) besteht, die Sollwertfeder (26) am der Schnappfeder (2) abgewandten Arm

(7) angreift und etwa parallel zu dem der Schnappfeder zugewandten Arm (6) verläuft.
5. Thermostat-Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Sollwertfeder (26) gegenüberliegenden Seite des der Schnappfeder (2) zugewandten Arms (6) nebeneinander das Arbeitselement (17) und das Kontaktsystem'(23) angeordnet sind.

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