DE3709660A1 - Bimetallisches schaltelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bimetallisches Schaltelement für verschiedenartigste Anwendungszwecke.

Bimetalle sind als Metallstreifen bekannt und bestehen meist aus zwei miteinander verschweißten Metallbändern mit unterschiedlichem Wärme-Ausdehnungskoeffizieten (z. B. Stahl und Messing). Bei Erwärmung dehnen sich die beiden Metallbänder verschieden stark aus, so daß sich der Metallstreifen nach der Seite des Metalls mit der geringeren Ausdehnung krümmt.

Diese Krümmungsbewegung wird z.B. zur Steuerung elektrischer Kontakte benutzt, so daß Bimetallstreifen bei verschiedenartigsten Temperaturreglern Verwendung finden oder als Bimetall- Auslöser in Schutzschaltern von Elektromotoren oder als Schaltorgan bei Blinkschaltern usw. eingesetzt werden.

Als nachteilig wird empfunden, daß die Formveränderung der Bimetalle entsprechend ihrer allmählichen Erwärmung nur schleichend erfolgt. Es ist dadurch kein abrupter Schaltvorgang möglich. Um schnelle Schaltvorgänge auch bei einer bimetallischen Ansteuerung zu erzielen, ist es daher ferner bekannt, Bimetalle mit Sprungfedern oder Magneten zu kombinieren, die bei Erreichen einer definierten Formveränderung des bimetallischen Steuer­ elementes einen Schaltsprung bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bimetallisches Schalt­ element zu schaffen, das ohne eine zusätzliche Feder bzw. ohne einen zusätzlichen Magneten oder dgl. aus­ kommt und das dennoch besonders kurze Schaltzeiten be­ sitzt und ausreichend große Schaltkräfte zu erzeugen vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das bimetallische Schaltelement aus einer im Querschnitt leicht gewölbten, bimetallischen Schnappscheibe und mindestens einem mit dieser verbundenen, starren Arm besteht.

Die bimetallische Schnappscheibe bewegt sich bei Er­ wärmung und entsprechend auch bei Abkühlung zunächst schleichend, springt dann aber plötzlich aus der einen, stabilen Lage in die andere, der jeweiligen Temperatur entsprechende zweite, ebenfalls stabile Lage. Der an der Schnappscheibe angeordnete Arm ist starr, damit die bei der Formänderung der Schnappscheibe frei werdende Kraft in größtmöglichem Umfang übertragen werden kann. Die Länge des Armes beeinflußt den wirksamen Schaltweg, zumal wenn das freie Ende des Armes zugleich als Schalt­ kontakt dient.

Zur Unterdrückung der vor dem Schaltsprung in geringem Umfang vorhandenen schleichenden Bewegung ist in Weiterbildung der Erfindung eine Wegbegrenzung für den starren Arm z. B. in Gestalt von Anschlägen vor­ gesehen.

Vorzugsweise sind die Schnappscheibe und der Arm einstückig aus bimetallischem Werkstoff gefertigt, und ferner ist der Arm vorzugsweise im Querschnitt profiliert bzw. sickenförmig oder mit abgewinkelten Rändern versehen, damit er die gewünschte Steifig­ keit aufweist und damit die Temperaturänderung im bimetallischen Werkstoff keine Formänderungen des Armes hervorruft. Prinzipiell ist es andererseits aber auch möglich, die Schnappscheibe und den Arm nicht ein­ stückig zu fertigen, sondern aus einer bimetallischen Schnappscheibe und einem grundsätzlichen starren Arm herzustellen.

Gemäß einem bevorzugten Anwendungsfall findet das bimetallische Schaltelement Verwendung in Haushalts­ geräten wie z.B. in den Verschlüssen für Waschmaschinen. Derartige Verschlüsse sind mit mechanischen und elektrischen Schalt- und Sicherungselementen ausge­ stattet und gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Arm des bimetallischen Schaltelementes als Antrieb für ein Sicherungselement dient, das in die Bewegungs­ bahn eines Halteelementes für den Schließkloben be­ wegbar ist, und wobei ferner auch der Stromkreis der Waschmaschine über das bimetallische Schaltelement gesteuert ist.

Weitere Merkmale und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bimetallisches Schaltelement in größerem Maßstab;

Fig. 2 eine Seitenansicht des bimetallischen Schaltelementes gem. Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen geöffneten Verschluß für eine Waschmaschine mit dem bimetallischen Schaltelement in der Stellung AUF;

Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 3 in kleinerem Maßstab in der Stellung ZU;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine Einzelheit des Verschlusses ge­ mäß einer Abwandlung und

Fig. 7 eine Einzelheit des Verschlusses mit einer weiteren Abwandlung.

Ein bimetallisches Schaltelement 1 besteht aus einer im Querschnitt leicht gewölbten, bimetallischen Schnapp­ scheibe 2 und mindestens einem, mit der Schnappscheibe 2 verbundenen, starren Arm 3.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Schnappscheibe 2 und der Arm 3 vorzugsweise einstückig aus bimetallischem Werkstoff gefertigt. Die Schnappscheibe 2 ist leicht kalottenförmig, wie vor allem Fig. 2 zeigt. Der Arm 3 ist im Querschnitt profiliert bzw. mit einer Sicke 4 versehen, damit er bei einstückiger Ausbildung die er­ forderliche Steifigkeit besitzt. Zweckmäßigerweise ist der Arm 3 länger als die gewölbte Schnappscheibe 2, deren Aussenkontur annähernd viereckig oder auch anders geformt sein kann. Für viele Fälle reicht es aus, wenn die Ränder 5, 6 des Armes 3 zur Erzielung der erforder­ lichen Steifigkeit abgewinkelt sind.

Zur Befestigung an einem Gerät weist das Schaltelement 1 schließlich noch im Bereich seiner Schnappscheibe 2 Halteöffnungen 7, 8 auf, die sich z.B. nahe bei den dem Arm 3 abgewandten Ecken der Schnappscheibe 2 befinden.

Die Fig. 3 zeigt einen konkreten Anwendungsfall für ein bimetallisches Schaltelement 1 in Gestalt eines Verschlusses 11 für ein Haushaltsgerät bzw. konkret für eine Waschmaschine, die im Wasch­ maschinengehäuse oder in der Waschmaschinentür einen Schließkloben 12 aufweist, der in der Schließstellung mit Hilfe von mechanisch und elektrisch wirksamen Schalt- und Sicherungselementen des Verschlusses 11 gehalten wird.

Der Verschluß 11 für die Waschmaschine umfaßt gemäß Fig. 3 ein Verschlußgehäuse 13, in dem ein Halte­ element in Gestalt eines Rastschiebers 14 beweglich bzw. verschiebbar geführt ist und von einer Druck­ feder 15 vorzugsweise in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Quer in die Bewegungsbahn des Rastschiebers 14 ist ein Sicherungselement in Gestalt eines Sperr­ schiebers 16 bewegbar geführt. Zur Steuerung des Sperrschiebers 16 dient das bimetallische Schalt­ element 1, dessen Arm 3 mit dem Sperrschieber 16 ver­ bunden ist. Hierzu weist der Sperrschieber 16 zwei Zungen 17 und 18 auf, zwischen denen das freie Ende 19 des Armes 3 des Schaltelementes 1 liegt.

Beim Umschalten des bimetallischen Schaltelementes 1 bewegt dessen freier Arm 3 aufgrund der formschlüssigen Verbindung den Sperrschieber 16 aus der Öffnungs­ stellung gemäß Fig. 3 in die Sperrstellung gem. Fig. 4. Er verschiebt ihn gemäß Ausführungsbeispiel in eine Ausnehmung 20 des Rastschiebers 14 und arretiert ihn dadurch. Das bimetallische Schaltelement 1 verschwenkt in die Sperrstellung, wenn es bzw. ein auf ihm sitzender PTC-Widerstand 21 stromdurchflossen sind, so daß das Schaltelement 1 erwärmt wird. Vor allem die Verwendung eines PTC-Widerstandes 21, dessen elektrischer Wider­ stand sich mit der Temperatur ändert, ist besonders zweckmäßig zum Erwärmen der zum Schaltelement 1 ge­ hörenden Schnappscheibe 2, wie dies insbesondere gemäß Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Zur Erwärmung des PTC-Widerstandes 21 fließt der Strom von der Kontakt­ fahne 20 a zunächst durch die Schnappscheibe 2, sodann durch den auf der Schnappscheibe 2 angeordneten PTC- Widerstand 21 und schließlich zur Kontaktfahne 22.

Wenn der Stromfluß abgeschaltet wird und sich das bimetallische Schaltelement 1 abgekühlt hat, so be­ wegt es sich in die Ausgangsstellung gemäß Fig. 3 zurück und zieht dabei den Sperrschieber 16 aus der den Rastschieber 14 fixierenden Stellung.

Ferner kann Strom für eine begrenzte Zeit von der Schnappscheibe 2 durch den Arm 3 und über einen Kontakt­ niet 23 a des Armes 3 und einen Kontakt 23 zu einer weiteren Kontaktfahne 24 fließen. Der Kontakt 23 ist starr angeordnet, und der Stromfluß an diesem Kontakt 23 wird unterbrochen, wenn das Schaltelement 1 aus seiner Stellung gemäß Fig. 3 aufgrund der Erwärmung in die andere Schaltstellung umspringt. Dann löst sich der Kontaktniet 23 a am Arm 3 des Schaltelementes 1 von dem Kontakt 23 und der Stromfluß wird hier unterbrochen bzw. gleichzeitig wird eine andere, stromführende Ver­ bindung zwischen einem ebenfalls starr angeordneten Kontakt 25 und einem beweglichen Kontaktelemente 26 her­ gestellt, welches ebenfalls mit der stromführenden Kontaktfahne 20 a verbunden ist. Zu dem Kontakt 25 gehört schließlich eine Kontaktfahne 27.

Die Umsteuerung des beweglichen Kontaktelementes 26 er­ folgt gleichzeitig mit der Trennung des Armes 3 des Schaltelementes 1 von dem Kontakt 23 und dem Verschieben des Sperrschiebers 16 durch das Schaltelement 1. Ein gabelförmiger Vorsprung 28 am Sperrschieber 16 umgreift das freie Ende des beweglichen Kontaktes 26 und ver­ schwenkt ihn in seine zwei Betriebsstellungen, wobei in der Öffnungsstellung gemäß Fig. 3 z. B. das Waschprogramm der Waschmaschine noch stromlos ist und die Wasch­ maschine daher keine Waschfunktionen ausführen kann. Nur wenn der Sperrschieber 16 seine Sicherungs­ position gemäß Fig. 4 einnimmt und der Rastschieber nicht mehr von Hand in seine geöffnete Lage bewegt werden kann, fließt der Betriebsstrom durch das be­ wegliche Kontaktelement 26 zum Kontakt 25 und von dort zur Kontaktfahne 27.

Sobald nach Beendigung des Waschvorganges kein Heiz­ strom mehr durch die Kontaktfahne 20 a und somit den PTC-Heizwiderstand 21 fließt, kühlt sich die Schnapp­ scheibe 2 ab und springt in einem stromlosen Zustand in die Ruhestellung gemäß Fig. 3 zurück. Dabei ver­ schiebt sie auch den Sperrschieber 16 in seine Öffnungsstellung und öffnet ferner den Kontakt 25, so daß auch von Hand vorgenommene, unsachgemäß elektrische Schaltmaßnahmen wirkungslos bleiben.

Nach dem Abschalten des Stromes für den PTC-Heiz­ widerstand 21 kühlt sich dieser allmählich ab. Dies bewirkt bei dem bimetallischen Schaltelement 1 eine Zeitverzögerung für den Schalt- bzw. Steuervorgang (Schaltsprung) gegenüber dem Zeitpunkt der Stromab­ schaltung. Das Schaltelement 1 zieht daher den Sperrschieber 16 erst wesentlich später, d. h. zeit­ verzögert in die Freigabestellung. Diese Zeitver­ zögerungsfunktion des Schaltelementes 1 kam ferner durch verschiedene Parameter, wie z. B. die Material­ stärke des Bimetalls, die Kalottenform der Schnapp­ scheibe oder durch die Art des PTC-Heizwiderstandes 2 und seine Masse beeinflußt werden, so daß eine Ver­ zögerung des Schaltvorganges gegenüber dem Zeitpunkt der Stromabschaltung wahlweise um mehrere Sekunden möglich ist.

Die am freien Ende 19 des Armes 3 des Schaltelementes 1 anliegende Zunge 18 ist ein Teil des gabelförmigen Vorsprunges 28, mit dessen Hilfe das bewegliche Kontakt­ element 26 verschwenkt wird. Ferner dient die Zunge 18 zugleich als Isolator zwischen dem freien Ende 19 des Armes 3 und dem beweglichen Kontaktelement 26.

Zum Verschließen des Verschlußgehäuses 13 dient ein Deckel 30, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Durch eine Öffnung 31 im Deckel 30 greift der Schließkloben 12. Die Formgebung des Schließklobens 12 und des Rast­ schiebers 14 gewährleisten, daß der Schließkloben 12 nicht aus der Öffnung 31 austreten kann, wenn der Rastschieber 14 durch den Sperrschieber 16 verriegelt ist.

Die beiden in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ver­ schlüsse 11 weisen gegenüber dem in Fig. 4 darge­ stellten Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Justier­ exzenter 33 (Fig. 6) oder zwei Justierexzenter 33, 34 (Fig. 7) auf. Die Justierexzenter 33 bzw. 34 sind vorgesehen, um die Lagerstelle 35 des Schaltelementes 1 bzw. um die Lage des fest angeordneten Kontaktes 25 genau zu justieren und zu fixieren. Die Justier­ exzenter 33, 34 sind drehbar gelagerte Teile mit einem geschlitzten Kopf, so daß sie mit Hilfe eines Schrauben­ ziehers einstellbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dar­ gestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind noch mannigfache Abwandlungen möglich, ohne von dem grundsätzlichen Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn zusätzlich eine Wegbegrenzung für das Schaltelement 1 derart vorgesehen ist, daß die schleichende Bewegung nicht an dem zum Schalten dienenden Arm 3 wirksam wird. Um dies zu erreichen, ist als Wegbegrenzung vorgesehen, daß der Abstand des feststehenden Kontaktes 23 und des feststehenden Kontaktes 25 geringer ist als der maximal mögliche Ausschlag bzw. Sprung des freien Endes 19 des Armes 3.

Claims (13)

1. Bimetallisches Schaltelement, gekennzeichnet durch eine im Querschnitt leicht gewölbte, bimetallische Schnappscheibe (2) und mindestens einen mit dieser verbundenen, starren Arm (3).

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnappscheibe (2) und der Arm (3) einstückig sind.

3. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Arm (3) im Querschnitt profiliert ist.

4. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Arm (3) eine Sicke (4) aufweist.

5. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Arm (3) abgewinkelte Ränder (5, 6) aufweist.

6. Verschluß für ein Haushaltsgerät, z. B. eine Wasch­ maschine mit einem Schließkloben einerseits und einem Verschlußgehäuse andererseits, wobei das Verschlußgehäuse ein bewegliches Halteelement für den Schließkloben sowie mechanische und elektrische Schalt- und Sicherungselemente umfaßt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein bimetallisches Schaltelement (1) vorgesehen ist, das aus einer bimetallischen Schnappscheibe (2) und einem starren Arm (3) besteht, daß der Arm (3) als Antrieb für ein Sicherungs­ element (16) dient, das in die Bewegungsbahn des Halteelementes (14) bewegbar ist, wobei die Steuerung des Stromkreises des Haushaltsgerätes über das bimetallische Schaltelement (1) erfolgt.

7. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement ein Rastschieber (14) ist und daß das Sicherungselement ein quer zum Rastschieber (14) bewegbarer Sperr­ schieber (16) ist.

8. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschieber (16) mit dem Arm (3) des bimetallischen Schaltelementes (1) verbunden ist.

9. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizwider­ stand (21) mit einem positiven Temperaturkoeffizieten (PTC) an der Schnappscheibe (2) des bimetallischen Schaltelementes (1) angeordnet ist.

10. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (3) des bimetallischen Schaltelementes (1) und ferner ein bewegliches Kontaktelement (26) mit dem Sperr­ schieber (16) verbunden sowie zur wahlweisen Ver­ bindung zwei fest angeordnete Kontakte (23, 25) vorgesehen sind.

11. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wegbegrenzung für das freie Ende (19) des Armes (3) des Schalt­ elementes (1) vorgesehen ist.

12. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegbe­ grenzung aus einem feststehenden Kontakt (23) und einem feststehenden Kontakt (25) besteht, deren Abstand voneinander geringer ist als der maximal mögliche Ausschlag bzw. Sprung des freien Endes (19) des Armes (3).

13. Verschluß für ein Haushaltsgerät nach Anspruch 6 und 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines PTC-Heizwiderstandes (21) auf der Schnappscheibe (2) zur Erzielung eines zeitlich verzögerten Schalt­ vorganges bei allmählicher Abkühlung des Schalt­ elementes (1).