DE3400409A1 - Temperaturschalter - Google Patents
TemperaturschalterInfo
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/323—Thermally-sensitive members making use of shape memory materials
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
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- H01H2061/0115—Shape memory alloy [SMA] actuator formed by coil spring
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- Thermal Sciences (AREA)
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Description
WDO Adolf Schindling AG - t - 6000 Frankfurt/Main
Gräfstraße 103
G-R US / 1748 04.01.1984
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturschalter mit einem unter dem Einfluß einer Temperaturänderung
eine Weg- und Kraftänderung hervorrufenden Ausdehnungselement zur Betätigung eines Schaltkontaktes.
Temperaturschalter dieser Art werden in der Technik für
sehr zahlreiche Anwendungsfalle, beispielsweise als Steuerschalter
oder Warnschalter benötigt und sind allgemein bekannt. Als Ausdehnungselement dient häufig in einem
durch eine Membran abgeschlossenen Wachskessel eingeschlossenes Wachs. Eine solche Ausführung bringt Dichtheitsprobleme
des Wachskessels mit sich und verlangt eine sehr hohe Gleichmäßigkeit der Membran, damit es
nicht zu Meßwertverfälschungen kommt.
Sehr gebräuchlich sind auch Temperaturschalter mit Thermo-Bimetall als Ausdehnungselement. Solche Temperaturschalter
führen zu Justage- und Stabilitätsproblemen, welche durch die relativ kleinen Wegänderungen des
Thermo-Bimetalls bei Temperaturänderungen bedingt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturschalter
der eingangs genannten Art zu entwickeln, der möglichst einfach herzustellen ist und dessen Ausdehnungselement
sich unter dem Einfluß der Temperatur mögliehst stark verformt·
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Ausdehnungselement aus einer Metallegierung besteht, bei der im Arbeitsbereich eine martensitische Gefügeum-Wandlung
eintritt, wobei die Phasen - Austenit und Martensit - geordnete Gitterstrukturen und einen möglichst
geringen Formunterschied aufweisen.
Solche Metallegierungen sind seit einiger Zeit unter dem Begriff "homogene Formgedächtnislegierungen" (Memory-Metall)
bekannt und verrichten im für die meisten Anwendungen entscheidenden Temperaturbereich eine zehnmal
größere Arbeit als die Ausdehnungselemente der zur Zeit im Einsatz befindlichen Temperaturschalter. Hauptwerkstoff
des .erfindungsgemäßen Ausdehnungselementes ist im Regelfall Kupfer. Aufgrund von Gefügeumwandlungen wird
in Abhängigkeit der Temperatur die Gestalt des Ausdehnungselementes reversibel verändert. Der geordnete
Gitteraufbau des Werkstoffes führt dazu, daß die Atome bei Erwärmen des verformten Martensits nur durch bestimmte
Bewegungen die Austenitphase bilden können. Dies hat die Wiederherstellung der ursprünglichen Hochtemperaturform
zur Folge. Durch gezielte Werkstoffbehandlung kann eine gewünschte Niedertemperatur form vorgegeben und
somit ein reversibles Formänderungsverhalten erzielt werden.
Dank der erfindungsgemäßen Verwendung solcher Werkstoffe
als Ausdehnungselement können die bei bisherigen Temperaturschaltern
mit Wachs oder mit einem Bimetall auftretenden Probleme, insbesondere das Dichtheitsproblem bei
Wachs und das Justage- und Stabilitätsproblem bei Birne-
tall, vermieden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß das Ausdehnungselement gegen einen Stößel abgestützt ist, der gegen einen den Schaltkontakt betätigenden
Schnappschaltermechanismus anliegt. Eine solche Ausführungsform eignet sich vor allem als Steuerschalter
für große Leistungen. Der Schnappmechanismus sowie der Stößel können unverändert von bisherigen Temperatur-Schaltern
mit Wachskessel übernommen werden.
Besonders große Wegänderungen des Ausdehnungselementes bei einer Temperaturänderung erreicht man, wenn das Ausdehnungselement
eine Schraubendruckfeder ist, welche einerseits gehäusefest, andererseits gegen den Stößel abgestützt
ist.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, daß das
Ausdehnungselement die Gestalt einer Blattfeder hat, die mit beiden Enden gehäusefest abgestützt ist, und auf
ihrer gegenüberliegenden Seite zwischen den Abstützpunkten gegen den Stößel anliegt.
Ein besonders einfach aufgebauter Temperaturschalter entsteht, wenn das Ausdehnungselement ein einseitig eingespannter
Materialstreifen ist, der an seinem freien Ende
einen durch Biegung des Ausdehnungselementes gegen einen Festkontakt beweglichen Schaltkontakt trägt.
Ein gegen Stöße sehr unempfindlicher Temperaturschalter,
der einfach und genau bezüglich seines Schaltpunktes zu justieren ist, entsteht, wenn das Ausdehnungselement
durch eine Positionierfeder gegen einen die Offenstellung
des Temperaturschalters begrenzenden Anschlag gehalten ist. Solche Temperatuschalter sind vor allem für die
Anwendung in Kraftfahrzeugen geeignet.
Einen besonders kompakten Temperaturschalter erhält man, wenn das Ausdehnungselement gegen einen axial verschieblichen
Kontaktträger anliegt, auf dem der gegen den Festkontakt bewegliche Schaltkontakt vorgesehen ist.
5
Der Schaltpunkt des Temperaturschalters ist auf einfache
Weise genau einstellbar, wenn der Temperaturschalter die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale aufweist.
Durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale wird der
Temperaturschalter besonders einfach im Aufbau. Weiterhin ist er sehr rasch zu montieren.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten
zu. Zur Verdeutlichung ihres Grundprinzipes sind drei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste ■ Ausführungsform eines erfindungsgemäß
gestalteten Temperaturschalters,
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß
gestalteten Temperaturschalters,
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten
Temperaturschalters. 30
Der in Figur 1 dargestellte Temperaturschalter hat ein Gehäuse 1, welches Außengewinde 2 aufweist und in eine
nicht dargestellte Bohrung mit Gewinde einschraubbar ist. Im oberen Teil des Gehäuses 1 befindet sich ein
Schnappschaltermechanismus 3, der durch einen Stößel 4 betätigbar ist und durch den ein Schaltkontakt 5 gegen
einen Festkontakt 6 oder von ihm weg bewegbar ist.
Der Stößel 5 wird durch ein Ausdehnungselement bewegt,
welches die Gestalt einer Schraubendruckfeder 7 hat.
Diese Schraubendruckfeder 7 ist in einem zylindrischen Arbeitsraum 8 eingeschlossen und stützt sich einerseits
gegen eine Bodenfläche 9 dieses Arbeitsraumes 8, andererseits gegen den Stößel 4 ab.
Durch Temperaturanstieg nimmt die Schraubendruckfeder 7
in ihrer Höhe zu, so daß der Stößel 4 angehoben wird und den Schnappchaltermechanismus 3 betätigt, was dazu
führt, daß sich der Schaltkontakt 5 sprungartig auf den Festkontakt6 setzt. Sinkt die Temperatur wieder, dann
verformt sich die Schraubendruckfeder 7 zurück, so daß ein Schaltvorgang in umgekehrter Richtung erfolgt.
Der Temperaturschalter gemäß Figur 2 hat Ähnlichkeit mit
einem Thermo-Bimetall-Schalter. Statt eines Thermo-Bimetalls
ist jedoch als Ausdehnungselement ein Materialstreifen 10 im Gehäuse 11 des Temperaturschalters einseitig
eingespannt. Dieser Materialstreifen 10 tragt an seinem freien Ende einen Schaltkontakt 12, welcher bei
Verformung des Materialstreifens 10 gegen einen Festkontakt 13 bewegbar ist, was zum Schliessen eines Stromkreises
führt. Für die Erfindung wesentlich ist, daß der Materialstreifen
10 durch eine ebenfalls blattförmige Positionierfeder 14 gegen einen die Offenstellung des Temperaturschalters
begrenzenden, gehäusefesten Anschlag 15 gehalten ist. Durch diese Positionier feder 14, die genau
wie der Materialstreifen 10 einseitig im Gehäuse 11 eingespannt ist., wird der Temperaturschalter gegen Erschütterungen,
wie sie in Fahrzeugen vorkommen, unempfindlich .
a-
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist, genau wie bei
der gemäß Figur 1, in einem Gehäuse 1 eine Schraubendruckfeder 7 als Ausdehnungselement vorgesehen. Diese
sitzt ebenfalls auf der Bodenfläche 9 des Gehäuses 1 auf, stützt sich jedoch nicht an einem Stößel, sondern
an einem axial verschiebbaren Kontaktträger 16 ab. Dieser Kontaktträger 16 hat einen Schaltkontakt 17, der
über den Kontaktträger 16 und der Schraubendruckfeder 7 elektrisch mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.
Koaxial zum Kontaktträger 16 ist in das Gehäuse 1 ein Stift 18 geführt, der von einem Isolierkörper 19 gehalten
ist, so daß er keine elektrische Verbindung mit dem Gehäuse 1 hat. Die untere Stirnfläche dieses Stiftes 18
ist als Festkontakt 21 ausgebildet, gegen den der Schaltkontakt 17 durch die Schraubendruckfeder 7 bewegbar ist.
Zur genauen Einstellung des Schaltpunktes dient eine Druckfeder 20, die gegen den Isolierkörper 19 und dem
Kontaktträger 16 auf der der Schraubendruckfeder 7 gegenüberliegenden
Seite abgestützt ist.
Wesentlichstes Merkmal der Erfindung ist für alle Ausführungsformen,
daß das Ausdehnungselement aus einem Material mit reversiblem, temperaturabhängigem Formänderungsverhalten
besteht. Bei den beiden Ausführungsformen der
Erfindung wird zum Betätigen eines Schaltmechanismus der durch Dehnung entstehende Druck des Ausdehnungselementes
herangezogen. Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen, bei der Torsion oder Zug als Antriebskraft benutzt
werden.
-<fO
Leerseite -
Claims (10)
1. Temperaturschalter mit einem unter dem Einfluß einer Temperaturänderung eine Weg- und Kraftänderung hervorrufenden
Ausdehnungselement zur Betätigung eines Schaltkontaktes, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungselement
(Schraubendruckfeder 7, Materialstreifen 10) aus
einer Metallegierung besteht, bei der im Arbeitsbereich eine martensitische Gefügeumwandlung eintritt, wobei die
beteiligten Phasen - Austenit und Martensit - geordnete Gitterstrukturen und einen möglichst geringen Formunterschied
aufweisen.
2. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß das Ausdehnungelement gegen einen Stößel
(4) abgestützt ist, der gegen einen den Schaltkontakt
(5) betätigenden Schnappschaltermechanismus (3) anliegt .
3. Temperaturschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungelement die Gestalt einer Schraubendruckfeder (7) hat.
4. Temperaturschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder
(7) einerseits gehäusefest, andererseits gegen den Stößel (4) abgestützt ist.
5. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß das Ausdehnungelement die Gestalt einer Blattfeder hat, die mit beiden Enden gehäusefest abgestützt
ist und auf ihrer gegenüberliegenden Seite zwischen den Abstützpunkten gegen den Stößel (4) anliegt.
6. Temperaturschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungselement ein einseitig eingespannter Materialstreifen (10)
ist, der an seinem freien Ende eine durch Biegung des Ausdehnungselements gegen einen Festkontakt (13) beweglichen
Schaltkontakt (12) trägt.
7.Temperaturschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausdehnungselement durch eine Positionierfeder (14) gegen einen die Offenstellung des Temperaturschalters
begrenzenden Anschlag (15) gehalten ist.
8. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß das Ausdehnungselement (Schraubendruckfeder 7) gegen einen axial verschieblichen Kontaktträger
(16) anliegt, auf dem der gegen den Festkontakt (21) bewegliche Schaltkontakt (17) vorgesehen ist.
9. Temperaturschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet
, daß auf der der Schraubendruckfeder (7) gegenüberliegenden
Seite des Kontaktträgers (16) eine Druckfeder (20) abgestützt ist, welche andererseits gegen das
Gehäuse (1) des Temperaturschalters anliegt.
10. Temperaturschalter nach Anspruch 9, dadurch qekennzeichnet,
daß der Festkontakt (21) durch einen koaxial zum Schaltkontakt (17) in das Gehäuse (1) ragenden, gegenüber
dem Gehäuse (1) isolierten Stift (18) gebildet ist.
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