DE3827254A1 - Temperaturschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturschalter, insbesondere zur direkten Steuerung von Stellgliedern wie Kaltstartven­ tilen, mit einem Schaltstromkreis und einem Heizstromkreis, wobei die Schaltfunktion mittels eines fremdbeheizbaren Thermobimetalls ausgelöst wird.

Aus der Praxis ist ein Temperaturschalter der genannten Art bekannt, bei dem das Kernstück eine Thermobimetallfeder mit zusätzlicher Heizwicklung bildet, die aufgrund der Umgebungs­ temperatur und eines Heizstromes verformt wird und somit eine Schaltfunktion ausübt. Bei Temperaturen unter dem Schaltpunkt liegt die Thermobimetallfeder mit ihrem Kontakt an einem feststehenden Gegenkontakt an. Wenn ein Strom über die Heiz­ wicklung des Bimetalles fließt, verformt sich dieses bis zur Unterbrechung des Schaltkontaktes. Je niedriger die Umgebungs­ temperatur am Meßort ist, desto länger dauert die Heizwir­ kung, um die Schalttemperatur zu erreichen. Die Einschalt­ dauer für das Steuerglied ist somit abhängig von der Umge­ bungstemperatur am Meßort und der Heizleistung. Liegt die Um­ gebungstemperatur höher als die Schalttemperatur, so ist der Stromkreis bereits geöffnet. Im konkreten Fall der Anwendung des Temperaturschalters zur Steuerung von Kaltstartventilen bedeutet dies, daß bereits beim Einschalten der Zündung kein zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird.

Bei Temperaturschaltern mit hohem Schaltpunkt und kurzer Ver­ zögerungszeit ist es darüber hinaus bekannt, zur schnellen Aufheizung eine zusätzliche Heizwicklung vorzusehen, die nach Erreichen des Schaltpunktes abschaltet. Die Normalheizung hält dann das Kontaktpaar weiterhin geöffnet.

Nachteilig ist bei den zuvor beschriebenen Kontaktschaltern, daß dort die Auslösung der Schaltfunktion mittels eines Thermo­ bimetalls in Art einer Feder erfolgt, was einerseits eine reduzierte Schaltleistung und aufgrund der Temperatur-Weg- Charakteristik ein nicht eindeutiges Schaltverhalten bedingt. Ferner wird die Fremdbeheizung der Thermobimetallfeder mittels einer Heizwicklung und darüber hinaus gegebenenfalls mittels einer zusätzlichen Heizwicklung als nachteilig angesehen, da eine derartige Ausbildung des Temperaturschalters einen er­ höhten baulichen Aufwand bedingt und die wärmemäßige Beauf­ schlagung der Thermobimetallfeder nur schwierig zu beherrschen ist. Schließlich geht mit der Ausbildung des Thermobimetalls in Art einer Feder und der mit der Feder zusammenhängenden Teile eine größere Baugröße und eine recht aufwendige Montage einher, die es nicht ermöglicht, den Temperaturschalter mit­ tels eines Automaten zu fertigen.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Temperaturschal­ ter der genannten Art zu schaffen, der einfach im Aufbau ist, eine geringe Baugröße aufweist, einfach und preiswert zu mon­ tieren ist und dabei eine hohe Schaltleistung bei gleichzeitig verbessertem eindeutigem Schaltverhalten gewährleistet.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß das Thermobimetall als Schnappscheibe ausgebildet ist. die mit einem temperaturab­ hängigen Widerstand thermisch gekoppelt ist.

Durch die Ausbildung des Thermobimetalles als Schnappscheibe ermöglicht die Erfindung zunächst eine höhere Schaltleistung infolge der springenden Kontaktgabe, was mit einem verbes­ serten eindeutigen Schaltverhalten einhergeht. Abgesehen hiervon lassen sich mittels der Schnappscheibe hohe Schalt­ kräfte erzeugen, die damit höhere Lasten zulassen. Anderer­ seits ermöglicht es die konstruktive Ausbildung des Thermo­ bimetalls als Schnappscheibe den für das Schaltelement er­ forderlichen Raum wesentlich zu reduzieren, die symmetrische Gestaltung des Thermobimetalls kommt darüber hinaus einer Automatenfertigung entgegen. Schließlich kann durch die Ver­ wendung eines temperaturabhängigen Widerstandes die Schnapp­ scheibe über einen weiten Temperaturbereich gesteuert werden, ohne daß es mehrerer aufwendiger Heizwicklungen bedarf.

In diesem Zusammenhang ist für die Erfindung von besonderer Bedeutung, daß mittels der Schnappscheibe unterschiedliche Schaltfunktionen erzeugt werden können. So ist es, um ein entgegengesetztes Schaltverhalten zu bewerkstelligen, nur er­ forderlich, die Schnappscheibe umzudrehen, das heißt mit ent­ gegengesetzter Wölbung im Temperaturschalter zu positionieren, um beispielsweise von einer Schaltfunktion "auf-zu" zu einer Schaltfunktion "zu-auf" zu gelangen.

Bei dem erfindungsgemäßen Temperaturschalter ist zweckmäßig der Schaltstromkreis im wesentlichen durch eine an einer stationären Kontaktplatte anliegende Kontaktfeder gebildet. Der Heizstromkreis sollte ein als NTC- oder PTC-Widerstand ausgebildetes Heizelement umfassen, das in wärmeleiten­ der Verbindung mit der Schnappscheibe steht, so daß im Wider­ stand erzeugte Wärme unmittelbar der Schnappscheibe zugeführt wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Übertragung der Schaltfunktion von der Schnappscheibe auf die Kontaktfeder mittels eines aus iso­ lierendem Material bestehenden Stößels erfolgt. Der Stößel kann beispielsweise als Ring oder Stift ausgebildet sein. Zweckmäßig ist er aber als Ring ausgeführt, den ein mit einem Pol des Heizstromkreises in Verbindung stehender und mit dem Heizelement elektrisch leitend verbundener stationärer Stift durchsetzt, sowie eine gegenüber dem Stift isolierte Hülse den Stift umgibt, die mit dem anderen Pol des Heizstromkreises verbunden ist und in elektrisch leitender Verbindung mit dem Heizelement steht. Eine besondere konstruktive Ausbildung sieht vor, daß das dem Heizelement zugewandte Ende des Stiftes eine Ausnehmung in der Schnappscheibe durchsetzt, der Stift in ein Druckstück eingreift, das dem Stift zugewandte Ende des Heizelementes mit einem weiteren Druckstück versehen ist und zwischen den beiden Druckstücken eine innere Kontaktfe­ der angeordnet ist, sowie das dem Stift abgewandte Ende des Heizelementes elektrisch leitend mit einer äußeren Kontakt­ feder verbunden ist, die sich an einer Lagerplatte für die Schnappscheibe abstützt, wobei die Lagerplatte mit der gegen­ über dem Stift isolierten Hülse verbunden ist und zwischen den beiden Kontaktfedern und zwischen der Lagerplatte und dem diesen zugewandten Druckstück ein Isolationskörper ange­ ordnet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der einzigen Figur dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

Die Figur zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Temperatur­ schalters, teilweise in gebrochener Darstellung. Ein aus Kunststoff bestehender Schalterkopf 1 ist im Bereich seines zweiteiligen Sockels 2 a, 2 b mit einem metallischen, topf­ förmigen Bodenteil 3 verbunden, das im Bereich seiner um­ laufenden Wandung 4 die vorstehenden Bereiche der Sockelteile 2 a und 2 b umschließt. Bei der konkreten Verwendung des Tem­ peraturschalters zur Steuerung von Kaltstartventilen ist der Temperaturschalter beispielsweise mit seinem topfförmigen Bodenteil 3 bis zu dem sich im Bereich des Sockels erweitern­ den Abschnitt in eine Ausnehmung im Motorblock eingesetzt.

Das dem eigentlichen Boden 6 des topfförmigen Bodenteils 3 zugewandte Sockelteil 2 b ist als ringförmiges Bauteil mit einer Ausnehmung 7 ausgebildet. Zwischen dem Sockelteil 2 b und dem Boden 6 ist in das topfförmige Bodenteil 3 ein metal­ lisches, topfförmiges Einsatzteil 8 eingepaßt, derart, daß dessen Boden 9 in Anlage mit dem Boden 6 und dessen umlau­ fende Außenwange 10 in Anlage mit dem Seitenwandungsabschnitt 11 des topfförmigen Bodenteiles 3 gelangt. Obwohl die beiden Böden 6 und 9 in der Figur zusammenliegend dargestellt sind, kann es durchaus zweckmäßig sein, je nach Schaltpunkt bzw. Ver­ zögerungszeit auf eine thermische Kopplung der Böden zu verzichten. Zwischen der leicht in Richtung des Bodens 9 geneigten umlaufenden Stirnwandung 12 und der dieser Stirn­ wandung 12 zugewandten Unterseite 13 des Sockelteiles 2 b befindet sich eine dem Raum zwischen dem Sockelteil 2 b und dem topfförmigen Einsatzteil 8 angepaßte Schnappscheibe 14, die mit einer zentrischen Ausnehmung 15 versehen ist. Die Schnappscheibe 14 ist, wie der Figur zu entnehmen ist, mit ihrer Mitte in Richtung der Böden 6 und 9 gewölbt, das heißt sie ist der Neigung der Stirnwandungen 12 angepaßt und es kommt die Umfangskante 16 der Schnappscheibe 14 im Bereich der Umfangskante 17 des Sockelteiles 2 b benachbart zum Seitenwandungsabschnitt 11 des topfförmigen Bodenteiles 3 zu liegen. Der Abstand zwischen dem Sockelteil 2 b und dem topfförmigen Einsatzteil 8 ist so bemessen, daß die Schnapp­ scheibe 14 überschnappen kann, das heißt die Schnappscheibe 14 im Bereich der Ausnehmung 15 in Richtung des Sockelteiles 2 b bewegt wird und die Umfangskante 16 der Schnappscheibe 14 entsprechend zur Stirnwandung 12 des topfförmigen Einsatz­ teiles 8 hin.

Der Figur ist zu entnehmen, daß im topfförmigen Einsatzteil 8 eine erste äußere, metallische Kontaktfeder 18 angeord­ net ist, wobei sich zwischen dieser und der Schnappscheibe 14 eine metallische Lagerplatte 19 mit einer zentrischen Ausnehmung 20 befindet. Innerhalb der äußeren Kontaktfeder 18 ist weiterhin ein topfförmiges Isolierteil 21 angeordnet mit einem gleichfalls eine zentrische Ausnehmung 22 aufweisenden Boden 23. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch nicht erfor­ derlich, das Isolierteil topfförmig auszubilden, sondern es kann gleichfalls als einfache Isolierhülse ausgebildet sein, das in axialer Richtung in seinem Einbauraum Spiel aufweist. Innerhalb des Isolierteiles 21 befindet sich schließlich in Kontakt mit dem Boden 9 des topfförmigen Einschubteiles 8 ein PTC-Heizelement 24, an dem auf dessen dem Boden 9 abgewandten Seite ein erstes, metallisches Druckstück 25 anliegt, das über eine innere metallische Kontaktfeder 26 mit einem zwei­ ten metallischen Druckstück 27 zusammenwirkt.

Der in der Figur gezeigte Temperaturschalter besitzt drei als Flachstecker ausgebildete elektrische Anschlüsse, von denen nur der für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderliche mittlere Flachstecker 28 teilweise gezeigt ist. Mit diesem ist ein zentrischer Metallstift 29 verbunden, der die Ausnehmung 7 im Sockelteil 2 b und die Ausnehmungen 15, 20 und 22 in der Schnappscheibe 14 der Lagerplatte 19 und dem Isolierteil 21 durchsetzt und mit seinem verjüngten Ende das zweite Druckstück 27 gegen die Kraft der inneren Kontakt­ feder 26 vorspannt.

Mit einem weiteren, nicht gezeigten Flachstecker ist eine Kontaktfeder 30 im Bereich ihres Schenkelendes 31 verbunden, die U-förmige Kontaktfeder 30 weist im Bereich ihres anderen Schenkelendes 32 eine Kontaktierstelle 33 auf, die in dem in der Figur gezeigten Stellung der Schnappscheibe 14 an einer stationären Kontaktplatte 34 an, die mit einem gleichfalls nicht näher gezeigten dritten Flachstecker verbunden ist.

Den Metallstift 29 umgibt eine metallische Hülse 35, wobei jedoch zwischen dieser Hülse 35 und dem Stift 29 eine nicht näher veranschaulichte Isolationsschicht angebracht ist. Die metallische Hülse 35 ist einerseits im Bereich des Schenkel­ endes 31 der Kontaktfeder 30 mit dieser und andererseits mit der Lagerplatte 19 verbunden. Es durchsetzt schließlich ein hülsenförmiger Stößel 36 aus Isolierwerkstoff die Ausnehmung 7 im Sockelteil 2 b und umschließt die metallische Hülse 35. Der Stößel 36 weist eine axiale Erstreckung auf, die so be­ messen ist, daß bei einem Überschnappen der Schnappscheibe 14 aus der in der Figur dargestellten Position in die auf das Sockelteil 2 b zu gerichtete Position der Stößel in Anlage mit dem Schenkel 32 der Kontaktfeder 30 gelangt und die Kontaktier­ stelle 33 von der Kontaktplatte 34 wegbewegt und damit den Schaltstromkreis öffnet, der über den zweiten Flachstecker, die Kontaktfeder 30, die Kontaktplatte 34 zum dritten Flach­ stecker führt. Das Überschnappen der Schnappscheibe 14 er­ folgt, ausgehend von einer Umgebungstemperatur, die niedriger ist als die Schalttemperatur, indem über einen Heizstromkreis die Schnappscheibe 14 erwärmt wird, wobei dieser Heizstrom­ kreis vom zweiten Flachstecker ausgehend über die Hülse 35, die Lagerplatte 19 die äußere Kontaktfeder 18 und den Boden 9 zum PTC-Heizelement 24 führt und von dort über das erste Druckstück 25, die Feder 26, das zweite Druckstück 27 zum gegenüber der Hülse 35 isolierten Stift 29 zum mittleren Flachstecker 28. Ein Heizstrom bedingt eine Erwärmung des PTC-Heizelementes 24 und damit eine Erwärmung des topfför­ migen Einsatzteiles 8, das über die Stirnwandung 12 die Wärme an die Schnappscheibe 14 abgibt, die bei Erreichen der Über­ schnapptemperatur überschnappt und den Stößel 36 schlagartig gegen die Kontaktfeder 30 bewegt, womit der Schaltstromkreis unterbrocken wird.

Würde man im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausbildung des Temperaturschalters die Schnappscheibe mit der Wölbung auf das Sockelteil 2 b zugerichtet einlegen und die Stößel­ länge entsprechend anpassen, hätte ein Überschnappen der Schnappscheibe 14 bei Erreichen der Schnapptemperatur zur Fol­ ge, daß der Schaltstromkreis schließt. Bei Verwendung der gleichen Scheibe wie beim Öffner hätte der Schließer einen niedrigeren Schaltpunkt.

Der dargestellte Temperaturschalter erfüllt bei einer Ver­ wendung als Steuerungsteil für Kaltstartventile die Funktion, im Kaltstartbereich eine bestimmte Zeitdauer ge­ schlossen, hingegen bei höherer Temperatur ständig offen zu sein.

Claims (6)

1. Temperaturschalter, insbesondere zur direkten Steuerung von Stellgliedern, wie Kaltstartventilen, mit einem Schalt­ stromkreis und einem Heizstromkreis, wobei die Schaltfunk­ tion mittels eines fremdbeheizbaren Thermobimetalls aus­ gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermobimetall als Schnappscheibe (14) ausgebildet ist, die mit einem temperaturabhängigen Widerstand (24) thermisch gekoppelt (Teil 8) ist.

2. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schaltstromkreis im wesentlichen durch eine an einer stationären Kontaktplatte (34) anliegende Kon­ taktfeder (30) gebildet ist.

3. Temperaturschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizstromkreis einen als NTC- oder PTC- Widerstand ausgebildetes Heizelement (24) umfaßt, das in wärmeleitender Verbindung mit der Schnappscheibe (14) steht.

4. Temperaturschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Übertragung der Schaltfunktion von der Schnappscheibe (14) auf die Kontaktfeder (30) mittels eines aus isolierendem Material bestehenden Stößels (36) erfolgt.

5. Temperaturschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (36) als Ring ausgebildet ist, den ein mit einem Pol des Heizstromkreises in Verbindung stehender und mit dem Heizelement (24) elektrisch leitend verbundener stationärer Stift (29) durchsetzt, sowie eine gegenüber dem Stift (29) isolierte Hülse (35) den Stift (29) umgibt, die mit dem anderen Pol des Heizstromkreises verbunden ist und in elektrisch leitender Verbindung mit dem Heiz­ element (24) steht.

6. Temperaturschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Heizelement (24) zugewandte Ende des Stiftes (29) eine Ausnehmung (22) in der Schnappscheibe (14) durch­ setzt, der Stift (29) in ein Druckstück (27) eingreift, das dem Stift (29) zugewandte Ende des Heizelementes (24) mit einem weiteren Druckstück (25) versehen ist und zwi­ schen den beiden Druckstücken (25, 27) eine innere Kontakt­ feder (26) angeordnet ist, sowie das dem Stift (29) abge­ wandte Ende des Heizelementes (24) elektrisch leitend mit einer äußeren Kontaktfeder (18) verbunden ist, die sich an einer Lagerplatte (19) für die Schnappscheibe (14) ab­ stützt, wobei die Lagerplatte (19) mit der gegenüber dem Stift (29) isolierten Hülse (35) verbunden ist und zwi­ schen den beiden Kontaktfedern (18, 26) und zwischen der Lagerplatte (19) und dem diesem zugewandten Druckstück (27) ein Isolationskörper (21) angeordnet ist.