DE3517519A1

DE3517519A1 - Thermal switching element

Info

Publication number: DE3517519A1
Application number: DE19853517519
Authority: DE
Inventors: Walter 8500 Nürnberg Hollweck; Manfred 8730 Bad Kissingen Schütze
Original assignee: Thermostat & Schaltgeraetebau
Current assignee: Thermostat & Schaltgeraetebau
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-20

Abstract

A thermal switching element 10 consists of a bimetallic section 12 which is in the form of a strip, is mounted in the region of its fixed end 22 on a bimetallic carrier which heats itself, and for this purpose is provided with an attachment hole for an attachment element to pass through. With its pivoting end 16, the bimetallic section 12 operates a switching contact either directly or by means of an extension piece 14 which is attached to the pivoting end. In order to construct such a switching element so that it can be mounted in a simple manner on flat surfaces and has a predictable and reproducible switching behaviour, the fixed end 22 of the bimetallic section 12 is provided with a single-sided pot-like stamped impression 34, whose base inner surface is acted on by a head part of the attachment element and whose base outer surface 38 forms the bearing contact surface for the bimetallic carrier. <IMAGE>

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung/Neuerung betrifft ein thermisches Schaltelement mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention / innovation relates to a thermal switching element the features of the preamble of claim 1.

Derartige Schaltelemente - auch Bimetallschalter genannt - werden insbesondere dort eingesetzt, wo Temperatur auf relativ einfache Weise in gewissen Grenzen kontantgehalten oder geregelt werden soll. Dazu werden i. d. R. Bimetallstreifen verwendet, die mit ihrem Festende an einem sich erwärmenden Bimetallträger flächig befestigt sind. Die Temperatur des Bimetallträgers - es kann sich beispielsweise um die mit einem Heizelement versehene Laufsohle eines elektrischen Bügeleisens handeln - soll geregelt werden. Um einen guten Wärmeübergang vom Bimetallträger in das Bimetall zu gewährleisten, ist es bekannt, das Bimetall mit einem Befestigungsloch zu versehen, durch das ein Befestigungsglied hindurchsteht, das mit einem Kopfteil das Bimetall partiell gegen die Montagefläche des Bimetallträgers preßt.Such switching elements - also called bimetal switches - are especially used where temperature in a relatively simple manner in certain Limits should be kept constant or regulated. For this purpose i. d. R. bimetal strips used, the flat with its fixed end on a warming bimetallic support are attached. The temperature of the bimetal support - it can be, for example around the heated sole of an electric iron act - should be regulated. To ensure good heat transfer from the bimetal carrier To ensure in the bimetal, it is known to provide the bimetal with a mounting hole to be provided through which a fastening member protrudes with a head part the bimetal partially presses against the mounting surface of the bimetal support.

Das Bimetall wirkt mit seinem Schwenkende entweder unmittelbar oder über ein daran befestigtes Verlängerungsstück auf einen elektrischen Schnappschalter ein, der in den Heizstrompfad eingeschaltet ist. Bei flächiger Befestigung des Bimetalls auf einem Bimetallträger wirkt sich der gesamte Befestigungsbereich sehr kritisch auf das Schaltverhalten des Bimetalls aus. Jegliche Temperaturänderung führt zu einer mehr oder weniger starken Ausbiegung des Bimetalls in Längs- und in Querrichtung auch im Anlagebereich, mit anderen Worten zu einer i. w. allseitig gerichteten Auswölbung. Diese Wölbbewegung bei Temperaturänderung führt nun bei An- ordnung des Bimetalls auf flachen Trägeroberflächen dazu, daß sich zum einen die für den Temperaturübergang wesentliche Kontaktfläche zwischen Bimetall und Träger laufend ändert, zum anderen wird auch eine Änderung der wirksamen Bimetallschwenklänge herbeigeführt. Weiterhin spielt die Ausbiegung des Bimetallstreifens im Ruhezustand (Zimmertemperatur 200 C) eine nicht unwesentliche Rolle, da diese Ruheausbiegung dazu führen kann, daß sich das Bimetall an nicht vorherbestimmbaren Stellen der flachen Bimetallträgeroberfläche abstützt. In dem Temperaturbereich, in dem eine derartige Abstützung aufrechterhalten bleibt, ist das Ausschwenkverhalten aufgrund unterschiedlicher Wärmezu- und abflüsse in das Bimetall sowie Verspannungen ein gänzlich anderes als im freien Schwenkzustand. Ähnlich gravierende Effekte können dadurch auftreten, daß die Montageoberfläche des Bimetallträgers nicht exakt eben ist und durch Unebenheiten das auf der Oberfläche befestigte Bimetall im Ruhezustand verspannt wird.The bimetal acts either directly or with its pivoting end via an extension piece attached to an electrical snap-action switch one that is switched into the heating current path. With flat fastening of the bimetal on a bimetal support, the entire fastening area has a very critical effect on the switching behavior of the bimetal. Any temperature change leads to a more or less strong deflection of the bimetal in the longitudinal and in the transverse direction also in the investment area, in other words to an i. w. bulge directed on all sides. This arching movement when there is a change in temperature now leads to order of the bimetal on flat support surfaces to the fact that on the one hand for the Temperature transition, essential contact area between bimetal and carrier is ongoing changes, on the other hand, a change in the effective bimetallic pivot length is also brought about. Furthermore, the bending of the bimetallic strip plays in the idle state (room temperature 200 C) plays a not insignificant role, as this rest deflection can lead to that the bimetal is in non-predictable places of the flat bimetal support surface supports. In the temperature range in which such support is maintained remains, the pivoting behavior is due to different heat inflows and outflows in the bimetal and tensions a completely different than in the free pivoting state. Similar serious effects can occur when the mounting surface of the bimetallic carrier is not exactly level and that on the surface due to unevenness attached bimetal is clamped in the resting state.

In letzter Zeit ist man dazu übergegangen, sog. zusammengesetzte Bimetallstreifen - bestehend aus einem Stahlblechstreifen und einem relativ kurzen Bimetallabschnitt - zu verwenden. Dies ist insofern vorteilhaft, als ein kurzer Bimetallstreifen schneller anspricht als ein langgestreckter, da die gesamte biegewirksame thermische Energie gleichsam auf das Befestigungsende des Bimetalls konzentriert ist, wohin das Schwenkende des gesamten Streifens durch den Materialwechsel thermisch abgekoppelt ist und somit nicht aufgeheizt wird. Je kürzer allerdings die wirksame Länge L eines Bimetallelementes ist, umso kritischer wirkt sich jede auch noch so geringe Veränderung der wirksamen Schwenklänge L beim Ansprechvorgang des Bimetalls aus.Lately there has been a move towards so-called composite bimetallic strips - Consists of a sheet steel strip and a relatively short bimetal section - to use. This is advantageous in that a short bimetal strip is faster responds as an elongated one, since the entire bending-effective thermal energy is concentrated as it were on the attachment end of the bimetal, where the pivot end of the entire strip is thermally decoupled due to the material change and thus is not heated up. However, the shorter the effective length L of a bimetal element is, the more critical every change, no matter how small, affects the effective one Swivel length L during the response process of the bimetal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Schaltelement derart auszubilden, daß es auf einfache Weise an flachen Oberflächen montierbar ist und ein vorhersehbares und reproduzierbares Schaltverhalten aufweist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.The invention is based on the object of a thermal switching element to be designed so that it can be easily mounted on flat surfaces and has a predictable and reproducible switching behavior. These The problem is solved by the characterizing features of claim 1.

Ein erstes erfindungstragendes Merkmal ist die Anordnung einer einseitigen topfartigen Einprägung im Festendbereich des Bimetallabschnittes. Topfartige Einprägung in diesem Zusammenhang heißt, daß über den Bereich der Einprägung die Bimetallfläche parallel zur sonstigen Ebene des Bimetalls versetzt ist. Die Bodeninnenfläche des topfartigen Einprägungsbereiches wird vom Kopfteil des Befestigungsgliedes beaufschlagt, die Bodenaußenfläche bildet die Anlagekontaktfläche zum Bimetallträger. Die "Seitenwandungen" des durch die Einprägung gebildeten Topfes gehen unter Einfluß eines Winkels von etwa 1200 in den Bodenbereich über, so daß die Anlagefläche zwischen Bimetall und Montageoberfläche des Bimetallträgers tatsächlich definiert und konstant ist. Die die topfartige Einprägung umgebenden Bereiche des Bimetalls weisen genügend Abstand auf, daß ein unbeabsichtigtes Anliegen dieser Bereiche am Bimetallträger oder ein unbeabsichtigter Wärmeleitungsübergang vermieden werden kann. Mit Hilfe des Befestigungsgliedes, das als Schraube ausgebildet sein kann, wird die Bodenfläche definiert und fest gegen die Montageoberfläche gepreßt. Die "Seitenwandungen" des Topfes sorgen dafür, daß die die Einprägung umgebenden Bimetallbereiche bewegungsmäßig von dem verspannten Bodenbereich abgekoppelt sind. In vorteilhafter Weise führt dies weiter dazu, daß die Schraubanzugskräfte sich nicht mehr kritisch auf das Schwenkverhalten des Bimetalls und damit auf das Schaltverhalten des gesam- ten Systems auswirken. Umgekehrt wird aber auch jede Übertragung einer Wölb- oder Biegebewegung des Bimetallabschnittes in den Bodenbereich vermieden.A first characteristic of the invention is the arrangement of a one-sided Cup-like embossing in the fixed end area of the bimetal section. Pot-like imprint in this context means that the bimetallic surface over the area of the impression is offset parallel to the rest of the plane of the bimetal. The inner bottom surface of the pot-like imprint area is acted upon by the head part of the fastening element, the bottom outer surface forms the contact surface with the bimetallic carrier. The "side walls" of the pot formed by the impression go under the influence of an angle of about 1200 in the bottom area, so that the contact surface between the bimetal and Mounting surface of the bimetal carrier is actually defined and constant. the the areas of the bimetal surrounding the cup-like embossing have sufficient spacing on that an unintentional concern of these areas on the bimetallic carrier or a unintentional heat conduction transition can be avoided. With the help of the fastener, which can be designed as a screw, the bottom surface is defined and fixed pressed against the mounting surface. The "side walls" of the pot ensure that the bimetallic areas surrounding the embossing are braced in terms of movement Floor area are decoupled. Advantageously, this further leads to the fact that the screw tightening forces no longer have a critical effect on the pivoting behavior of the bimetal and thus on the switching behavior of the entire affect the system. However, any transmission of an arching or bending movement of the bimetal section is also reversed avoided in the floor area.

Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn gemäß Ansprüchen 2 und 3 die Einprägung kreisförmig ist bzw. das Befestigungsloch die Bodenfläche der Einprägung mittig durchsetzt und der Innendurchmesser D der Einprägung i. w. dem wirksamen Außendurchmesser des Kopfabschnittes des Befestigungselementes entspricht.Particularly advantageous conditions result if according to claims 2 and 3, the embossing is circular and the mounting hole is the bottom surface the embossing penetrated in the middle and the inner diameter D of the embossing i. w. corresponds to the effective outer diameter of the head portion of the fastening element.

Dadurch wird eine satte Anlage des gesamten Bodenbereiches bei gleichmäßigem Montagedruck an der Montageoberfläche des Bimetallträgers erzielt.This creates a full system of the entire floor area with even Mounting pressure achieved on the mounting surface of the bimetal support.

Versuchsreihen haben ergeben, daß eine Einprägtiefe h, die etwa der halben Materialstärke H des Bimetallabschnittes entspricht, ausreicht, um den erfindungsgemäßen vorteilhaften Effekt herbeizuführen. Die dabei notwendige Materialverformung ist nicht so gravierend, daß dadurch negative Versprödungs- oder Verspannungseffekte im Bimetallabschnitt hervorgerufen werden.Series of tests have shown that an indentation depth h that is about half the material thickness H of the bimetal section, is sufficient to the invention bring about beneficial effect. The necessary material deformation is not so serious that it creates negative embrittlement or tension effects are caused in the bimetal section.

Ferner kann es vorteilhaft sein, die Bodeninnenfläche der Einprägung im Umgebungsbereich des Befestigungsloches konvex oder kegelförmig nach oben (innen) auszuwölben oder auszubiegen. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, daß immer konstante Haltekräfte zwischen Bimetallabschnitt und Bimetallträger herrschen. Ferner führt dies zu einer Art "Federscheibeneffekt", der einem Lockern einer Befestigungsschraube oder dergleichen vorbeugt.It can also be advantageous to use the bottom inner surface of the impression in the area surrounding the mounting hole convex or conical upwards (inside) bulging or bending out. This advantageously leads to the fact that always constant holding forces prevail between the bimetallic section and the bimetallic carrier. Further this leads to a kind of "spring washer effect", which is a loosening of a fastening screw or the like prevents.

Die Dimensionsangaben, die in den Ansprüchen 7 - 9 enthalten sind, haben sich bei Versuchsreihen als besonders günstig ausgewirkt, was das Schaltverhalten eines mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Bimetallabschnitt versehenen Schaltgerätes anbelangt.The dimensional information contained in claims 7-9, have proven to be particularly favorable in test series, which affects the switching behavior a switching device provided with the bimetal section designed according to the invention is concerned.

Alle vorgenannten Maßnahmen sind auf sehr einfache Weise durchzuführen, was bei einem relativ einfachen Gegenstand, der einen typischen Massenartikel darstellt, von ausschlaggebender Bedeutung ist. Die Ausprägung kann durch den ohnehin notwendigen Befestigungsloch-Stanzvorgang eingeprägt werden, es ist dazu lediglich die Form (und Gegenform) des Stanzwerkzeuges zu verändern.All of the above measures can be carried out in a very simple manner, what for a relatively simple object that is a typical mass-produced article, is of vital importance. The expression can be changed by the already necessary Fastening hole punching process are stamped, it is only the shape (and counter shape) of the punching tool to change.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des thermischen Schaltelementes; Fig. 2 eine Draufsicht in Pfeilrichtung A gemäß Fig. 1 auf das Schaltelement; Fig. 3 einen Schnitt durch ein auf einem Bimetallträger befestigtes Schaltelement; Fig. 4 einen Detailschnitt des Bimetallabschnittes in unbefestigtem Zustand.The invention is based on an exemplary embodiment in the drawing figures explained in more detail. These show: FIG. 1 a side view of the thermal switching element; FIG. 2 shows a plan view in the direction of arrow A according to FIG. 1 of the switching element; FIG. Fig. 3 shows a section through a switching element fastened on a bimetal support; Fig. 4 shows a detailed section of the bimetal section in the unsecured state.

Das thermische Schaltelement 10 besteht aus einem streifenförmigen Bimetallabschnitt 12 und einem langgestreckten Verlängerungsstück 14, das am Schwenkende 16 des Bimetallabschnittes 12 durch Punktschweißung (Schweißpunkte 18) befestigt ist. Mit seinem Freiende 20 betätigt das Verlängerungsstück 14 einen nicht dargestellten Schnappschaltkontakt.The thermal switching element 10 consists of a strip-shaped Bimetal section 12 and an elongated extension piece 14, which is at the pivot end 16 of the bimetal section 12 by spot welding (Spot welds 18) is attached. With its free end 20, the extension piece 14 actuates a snap switch contact, not shown.

Der Bimetallabschnitt 12 ist im Bereich seines Festendes flächig an einem sich erwärmenden Bimetallträger 24 befestigt und dazu mit einem Befestigungsloch 26 versehen, das zur Durchführung eines den Bimetallabschnitt 12 gegen die Montagefläche 28 des Bimetallträgers 24 pressenden Befestigungsgliedes 30 dient. Das Befestigungsglied ist als Maschinenschraube ausgeführt und weist einen das Bimetall übergreifendes Kopfteil 32 auf.The bimetal section 12 is flat in the area of its fixed end attached to a heating bimetal support 24 and with a mounting hole 26 provided, which is used to implement the bimetallic section 12 against the mounting surface 28 of the bimetal support 24 pressing fastening member 30 is used. The fastener is designed as a machine screw and has an overlapping bimetal Head part 32 on.

Das Festende 22 des Bimetallabschnittes 12 weist eine einseitige topfartige Einprägung 34 auf, deren Bodeninnenfläche 36 vom Kopfteil 32 des Befestigungsgliedes 30 beaufschlagt ist und deren Bodenaußenfläche 38 die Anlagekontaktfläche zum Bimetallträger 24 bildet. Die Einprägung 34 ist kreisförmig ausgebildet, das Befestigungsloch 26 durchsetzt die Bodenfläche 36, 38 der Einprägung 34 mittig, der Innnendurchmesser D der Einprägung 34 entspricht i. w. dem wirksamen Außendurchmesser des Kopfteils 32 des Befestigungsgliedes 30.The fixed end 22 of the bimetal section 12 has a one-sided pot-like Embossing 34, the bottom inner surface 36 of which from the head part 32 of the fastening member 30 is acted upon and the bottom outer surface 38 of which is the bearing contact surface with the bimetallic carrier 24 forms. The embossment 34 is circular, the fastening hole 26 penetrates the bottom surface 36, 38 of the indentation 34 centrally, the inner diameter D of the indentation 34 corresponds to i. w. the effective outside diameter of the head part 32 of the attachment member 30.

Die Tiefe h der Einprägung 34 entspricht etwa der halben Materialstärke H des Bimetallabschnittes 12.The depth h of the indentation 34 corresponds approximately to half the material thickness H of the bimetal section 12.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Bodenfläche der Einprägung 34 im Umgebungsbereich 40 des Befestigungsloches 26 konvex oder kegelförmig nach oben ausgewölbt bzw. ausgebogen. Wenn hier von "oben" gesprochen wird, so wird davon ausgegangen, daß die Ei nprägung nach "unten" gerichtet ist.As shown in Fig. 4, the bottom surface is the indentation 34 in the surrounding area 40 of the fastening hole 26 in a convex or conical manner bulged or curved at the top. If "above" is spoken of here, it becomes assumed that the imprint is directed "downwards".

Die aktive Länge L des Bimetallabschnittes 12 entspricht etwa dem Radius r der Einprägung 34, deren Durchmesser etwa 40 % - 60 % der gesamten Birnetallabschnittslänge beträgt. Ferner beträgt der Durchmesser der Einprägung etwa 70 % - 90 % der Streifenbreite B.The active length L of the bimetal section 12 corresponds approximately to that Radius r of the indentation 34, the diameter of which is approximately 40% -60% of the total length of the bulb amounts to. Furthermore, the diameter of the embossment is about 70% - 90% of the width of the strip B.

BEZUGSZEICHENLISTE 10 Schaltelement 12 Bimetallabschnitt 14 Verlängerungsstück 16 Schwenkende 18 Schweißpunkte 20 Feiende 22 Festende von 12 24 Bimetallträger 26 Befestigungsloch 28 Montagefläche 30 Befestigungsglied 32 Kopfteil 34 Einprägung 36 Bodeninnenfläche 38 Bodenaußenfläche 40 Umgebungsbereich. REFERENCE SIGNS LIST 10 switching element 12 bimetal section 14 extension piece 16 pivot ends 18 spot welds 20 free ends 22 fixed ends of 12 24 bimetal supports 26 Fastening hole 28 Mounting surface 30 Fastening link 32 Head part 34 Embossing 36 Inner floor area 38 Outer floor area 40 Surrounding area.

Claims

Thermal switching element PATENT CLAIMS 1. Thermal switching element With the following features: - The switching element (10) consists of a strip-shaped Bimetal section (12), - the one in the area of its fixed end (22) on a heating element Bimetallic carrier (24) is fastened flat and for this purpose with a fastening hole (26) for carrying out the bimetal section (12) partially against the mounting surface (28) of the bimetal carrier (24) pressing, a head part that overlaps the bimetal (32) having fastening member (30) is provided, and - with its pivot end (16) either directly or by means of one at the pivot end attached extension piece (14) actuates a switch contact, marked by the following features: - The fixed end (22) of the bimetallic section (12) has a one-sided pot-like impression (34), - whose bottom inner surface (36) from Head part (32) of the fastening member (30) is acted upon and - the bottom outer surface (38) forms the contact surface to the bimetallic carrier (24).

2. Switching element according to claim 1, characterized in that the Embossing (34) is circular.

3. Switching element according to claims 1 or 2, characterized in that that the fastening hole (26) penetrates the bottom surface of the impression (34) in the middle and the inner diameter D of the indentation (34) i. w.

the effective outer diameter d of the head part (32) of the fastening member (30) corresponds.

4. Switching element according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the depth h of the impression is about half the material thickness H of the bimetallic section is equivalent to.

5. Switching element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the bottom surface of the impression (34) in the surrounding area (40) of the fastening hole (26) convex or conical bulging or curved upwards is.

6. Switching element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the fastening element (30) is designed as a screw and the underside of the head acting on the inner floor surface (26) is flat.

7. Switching element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the active length L of the bimetal section (12) is approximately the radius r corresponds to expression (34).

8. Switching element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the diameter 2r of the impression (34) is about 40% - 60% of the length of the bimetallic section X is.

9. Switching element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the diameter 2r of the impression (34) is about 70% - 90% of the Stripe width B is.