DE4108725A1

DE4108725A1 - Thermische schalteinheit fuer elektrische waermegeraete

Info

Publication number: DE4108725A1
Application number: DE4108725A
Authority: DE
Inventors: Walter Hollweck
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1992-09-24
Also published as: DE4108725C2

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Schalteinheit für elektrische Wärmegeräte. Unter elektrischen Wärmegeräten werden im Zusammenhang mit der Erfindung alle Geräte verstanden, deren Temperatur über eine thermisch beein flußte Regelvorrichtung um einen gewissen Sollwert herum geregelt wird und deren Maximaltemperatur über einen Temperaturwächter nach oben begrenzt wird. Insbesondere werden unter dem Begriff "elektrische Wärmegeräte" Heiz kissen, Bettwärmer, Sitzheizungen, Fußwärmesäcke und dergleichen subsumiert.

Stand der Technik

Als Stand der Technik ist es bekannt geworden, auf einem Träger eine gesondert ausgebildete Temperaturreglerein heit und eine gesondert ausgebildete Temperaturwächter einheit anzuordnen. Als Träger diente ein Kunststoff formteil, auf das die beiden gesondert ausgebildeten Funktionsgruppen aufgebaut waren.

Als weiterer Stand der Technik ist es bereits bekannt, thermisch beeinflußbare Schaltgeräte auf dünnen, plattenartigen Keramiksubstratträgern anzuordnen, jedoch wurden auf einem Träger immer nur entweder Wächter oder Regler angeordnet und gesondert mit Anschlußkontakt fahnen versehen.

Weiterhin ist eine Ausführung bekannt, bei welcher der Temperaturregler und der Temperaturwächter in einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse untergebracht ist. Dabei ist jedoch nur die Temperatur-Regeleinheit mit moment artigem Schaltverhalten, der Temperaturwächter hingegen nur mit sog. Schleichkontakten ausgerüstet.

Der bekannte Stand der Technik hat den Nachteil, daß bei Ausfall des Reglers der Wächter die Regelfunktion über nimmt, wobei der Benutzer dies nicht erkennen kann. In der Regel wird das Gerät ohne Vorwarnung weiter be trieben. Kommt es dann zu einem Ausfall des Wächters, so wird ein höchst gefährlicher Zustand erreicht.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Schalteinheit für elektrische Wärmegeräte zu schaffen, die sowohl eine Temperaturregler- als auch eine Temperaturwächterfunktion in sich vereinigt, flach aufgebaut und leicht herstellbar ist und mit einem Minimum an Einzelteilen auskommt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den Unteransprüchen.

Als Kern der Erfindung wird es angesehen, auf ein und derselben Substratplatte aus keramischem Material eine Kombination aus Temperaturwächter und Temperaturregler vorzusehen und beide elektrisch unmittelbar hinter einanderzuschalten, wobei an den Enden dieser Hinter einanderschaltung zwei Anschlußkontaktfahnen vorgesehen sind. Durch das Vorsehen beider Schaltelemente auf nur einem Keramikträger kann Verschaltungs- und Ver drahtungsaufwand eingespart werden, es ist eine voll automatische Fertigung der thermischen Schalteinheit möglich, diese kann billig als Massenartikel hergestellt werden, ohne die Regler- bzw. Begrenzerfunktion negativ zu beeinflussen.

Der beim Stand der Technik mögliche Gefahrenzustand wird mit Sicherheit vermieden, da nach einem Ansprechen des Wächters, entweder durch Nichtöffnen des Reglers oder durch unsachgemäße Benutzung des Gerätes (beispielsweise mehrmaliges Zusammenlegen einer Heizdecke oder der gleichen), dieser durch den Selbsthaltewiderstand offen gehalten wird und das Gerät somit erkaltet.

Die Rückschaltfunktion kann somit erst erreicht werden, wenn das Gerät vom Netz getrennt wird, wodurch der Selbsthaltewiderstand abkühlt und eine Rückschaltung des Wächters erfolgt.

Selbst wenn für eine einfachere Ausführung kein Selbsthaltewiderstand vorgesehen wird, wird der Benutzer es bemerken, wenn bei gestörtem Regler der Wächter die Regelfunktion übernimmt. Durch die große Schaltdifferenz kühlt das Gerät soweit ab, so daß der Benutzer die Fehl funktion erkennt.

Vorteilhaft ist es, wenn der Selbsthaltewiderstand des Temperaturwächters auf der Rückseite der Substratplatte aufgedruckt ist; wird auch der Rückführwiderstand auf die Rückseite der Substratplatte aufgedruckt, so ergibt sich ein besonders flaches und mechanisch unempfind liches Bauteil. Es ist aber auch möglich, als Rück führung lediglich einen oder mehrere Abschnitte der nachgeschalteten Heizwendel haarnadelförmig oder gerade auf die Rückseite der gut wärmeleitenden Substratplatte zu drücken.

Wird auf der Rückseite der Substratplatte ferner ein Absenkwiderstand aufgedruckt, der einerseits mit dem Festkontakt des Temperaturreglers verbunden und mit seinem anderen Ende zu einem gesonderten Anschlußkontakt geführt ist, dann läßt sich auf einfache Weise über ein vorgeschaltetes Potentiometer und mehrere über einen Stufenschalter anwählbare Festwiderstände und dadurch gesteuerte Aufheizung des Absenkwiderstandes über den Regler eine Absenkung der Heizwendeltemperatur des elektrischen Wärmegerätes erreichen.

Die oder der Festwiderstand kann auch über ein Zeitglied angewählt werden, so daß bestimmte Temperaturprofile gefahren werden können.

Besonders kompakt ist eine Ausführungsform, die den Ansprüchen 5 oder 6 folgend die unmittelbare Hinterein anderschaltung der beiden Funktionsgruppen so vorsieht, daß entweder der Bewegungskontakt des Temperaturwächters ein als Festkontakt ausgebildetes Befestigungsniet der Temperaturreglerkontaktfeder beaufschlagt oder - umge kehrt - der Bewegungskontakt des Temperaturreglers ein als Festkontakt ausgebildetes Befestigungsniet der Temperaturwächterkontaktfeder beaufschlagt. Dadurch ergibt sich nicht nur eine elektrische, sondern eine unmittelbare "körperliche" Hintereinanderschaltung der beiden Funktionsgruppen.

Diese Hintereinanderschaltung kann räumlich dadurch komprimiert werden, daß die Längsachsen der beiden Kontaktfedern einen Winkel zueinander einschließen, der annäherend 90° betragen soll. Dadurch ist sicherge stellt, daß bei einer Verkürzung der Baulängen der Ge samteinheit die beiden Kontaktfedern sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen.

Besonders vorteilhaft für die Doppelfunktion des Be festigungsnietes ist es, wenn es mit einer hochleit fähigen Auflage, z. B. einer Silberauflage versehen ist.

Die nachfolgenden weiteren Ansprüche befassen sich mit vorteilhaften geometrischen Auslegungen der thermischen Schalteinheit, wobei insbesondere Erwägungen betreffend die Kompaktheit der Schalteinheit, deren automatische Herstellbarkeit und deren Unempfindlichkeit im Gebrauch im Vordergrund stehen. So bilden beispielsweise die Gesamtheit der Anschlußkontaktfahnen mit dem recht winklig ausgebildeten Keramiksubstratplättchen einen i. w. quadratisch geformten Gesamtkörper, der besonders leicht in ein kreisrundes Gehäuse eingelegt werden kann. Dies ist vorteilhaft, da derartige thermische Schalteinheiten in die Flächen von Heizkissen oder Heizdecken zu integrieren sind, und dort aufgrund der Schmiegsamkeit derartiger Gegenstände relativ stark bruchgefährdet sind bzw. vom Benutzer als unangenehm empfunden werden, wenn sie allzu sperrig sind. Die Ansprüche 15 und 16 definieren die genauere Lage des Absenkwiderstandes und des Rückführwiderstandes auf der Substratplatte, Anspruch 17 und 18 befassen sich mit der Ausbildung eines Gehäuses für die Vorrichtung, in welches diese geschützt auf eine Weise einbringbar ist, die innerhalb eines schmiegsamen Wärmegerätes wie Heizkissen nicht als störend empfunden wird.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer thermischen Schalteinheit,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rückseite der Substrat platte einer thermischen Schalteinheit;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine in ein rundes Gehäuse eingelegte thermische Schalteinheit;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schalteinheit gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild einer thermischen Schalt einheit mit thermischer Rückführung und Absenk widerstand.

Die in den Zeichnungsfiguren dargestellte thermische Schalteinheit für elektrische Wärmegeräte umfaßt zu nächst einen Temperaturregler 1 und einen Temperatur wächter 2. Sowohl der Temperaturregler als auch der Temperaturwächter weisen beiden jeweils eine Kontakt feder 3, 4 auf, die jeweils mit ihren Festenden 5, 6 auf einem Träger befestigt sind und an ihren Schwenkenden 7, 8 mit je einem Bewegungskontakt 9, 10 versehen sind, der in Schließstellung der Kontaktfedern 3, 4 je einen Fest kontakt 11, 12 beaufschlagt. In den beiden Mittel bereichen 13, 14 der beiden Kontaktfedern 3, 4 ist je weils ein Bimetallsteuerelement in Form von Bimetall sprungscheiben 15, 16 befestigt, das je nach Temperatur die zugeordnete Kontaktfeder öffnet oder schließt. So wohl der Temperaturwächter 2 als auch der Temperatur regler 1 sind beide auf einer gemeinsamen Substratplatte 17 aus keramischem Material befestigt und zwischen zwei Anschlußkontaktfahnen 18, 19 elektrisch unmittelbar hintereinandergeschaltet.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, ist auf der dort dargestellten Rückseite der Substratplatte 17 ein dem Temperaturwächter 2 räumlich zugeordneter Selbsthalte widerstand 20 aufgedruckt, ferner ist ein Rückführ widerstand 21 vorgesehen, der mit seinem einen Ende 22 mit dem Selbsthaltewiderstand 20 und mit seinem anderen Ende 23 mit einer dritten Anschlußkontaktfahne 24 ver bunden ist.

Ferner ist zwischen der Anschlußkontaktfahne 19 und einer vierten Anschlußkontaktfahne 25 ein Absenkwider stand 26 aufgedruckt, wobei aus Zeichnungsfigur 2 hervorgeht, daß die Anschlußkontaktfahne 19 mit dem Festkontakt des Temperaturreglers 1 verbunden ist, wobei der Festkontakt durch ein Befestigungsniet gebildet wird, welches die Substratplatte durchsetzt.

Der Bewegungskontakt 10 des Temperaturwächters 2 beauf schlagt ferner unmittelbar ein Befestigungsniet der Temperaturreglerkontaktfeder 3, das gleichzeitig somit den Festkontakt des Temperaturwächters 2 bildet. Dadurch ist eine unmittelbare körperliche Hintereinander schaltung der Kontaktfederanordnungen vorgenommen.

Die Längsachsen 30, 31, der beiden Kontaktfedern 3, 4 schließen einen Winkel zueinander ein, der ca. 100° beträgt.

Das als Festkontakt 12 des Temperaturwächters 2 dienende Befestigungsniet ist etwa auf der Mittel-Längsachse 32 der rechteckig ausgebildeten Substratplatte 17 ange ordnet. Die Längsachsen 31 und 30 der Kontaktfedern verlaufen etwa auf den Diagonalen der rechteckigen Substratplatte 17.

Alle vier Anschlußkontaktfahnen 18, 19, 24, 25 liegen sich paarweise gegenüber und stehen von den längeren Seiten 33, 34 der Substratplatte 17 ab, die außen liegenden Kanten 35 der sich paarweise gegenüber liegenden Anschlußkontaktfahnen 18, 24 bzw. 19, 25 ent spricht i. w. der Länge 11 der Substratplatte 17.

Wie in Fig. 1 deutlich zu sehen ist, verläuft der Ab senkwiderstand 26 parallel zu einer der kurzen Seiten kanten 40 der Substratplatte. Der Rückführwiderstand 21 ist im Bereich der langen Seitenkante 33 angeordnet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 ist zu sehen, daß die thermische Schalteinheit ein flaches Kunststoffge häuse 41 aufweist, das die Substratplatte 17 mit allen elektrischen Bauelementen umgreift und an seiner Innenseite 42 mit Stützvorsprüngen 43 versehen ist, die die mit den Kontaktfedern 3, 4 versehenen Seite der Substratplatte 17 mit Abstand von der gegenüberliegenden Gehäuseinnenseite 42 halten. Insgesamt besteht das Ge häuse 41 aus einem schüsselförmigen Gehäuseunterteil 44 mit runder Form, auf das ein Deckel 45 aufschnappbar ist, der mit seiner engen Seite 46 die Substratplatte auf ihrer Rückseite beaufschlagt.

Fig. 5 verdeutlicht in der Form eines Prinzipschalt bildes die elektrische Funktion der Schalteinheit.

Bezugszeichenliste

1 Temperaturregler
2 Temperaturwächter
3 Kontaktfeder von 1
4 Kontaktfeder von 2
5 Festende von 3
6 Festende von 4
7 Schwenkende von 3
8 Schwenkende von 4
9 Bewegungskontakt von 3
10 Bewegungskontakt von 4
11 Festkontakt von 1
12 Festkontakt von 2
13 Mittelbereich von 3
14 Mittelbereich von 4
15 Bimetallsprungscheibe
16 Bimetallsprungscheibe
17 Substratplatte
18 Anschlußkontaktfahne
19 Anschlußkontaktfahne
20 Selbsthaltewiderstand
21 Rückführungswiderstand
22 Ende von 21
23 Ende von 21
24 dritte Anschlußkontaktfahne
25 vierte Anschlußkontaktfahne
26 Absenkwiderstand
27
28
29
30 Längsachse von 3
31 Längsachse von 4
32 Mittellängsachse
33 Seite von 17
34 Seite von 17
35 Außenkanten
36 Heizwendel
37
38
39
40 Seitenkante
41 Kunststoffgehäuse
42 Innenseite
43 Stützvorsprung
44 Gehäuseunterteil

Claims

1. Thermische Schalteinheit für elektrische Wärme geräte mit folgenden Merkmalen:

- die Schalteinheit umfaßt einen Temperatur regler (1) und einen Temperaturwächter (2), die beide eine Kontaktfeder (3, 4) aufweisen, die mit ihren Festenden (5, 6) auf einem Träger befestigt sind, an ihren Schwenkenden (7, 8) mit einem Bewegungskontakt (9, 10) versehen sind, der in Schließstellung einen Festkontakt (11, 12) beaufschlagt sowie in ihrem Mittelbereich (13, 14) ein thermisch aktivierbares Bimetallsteuerelement tragen, das die zugeordnete Kontaktfeder öffnet und schließt;
- der Temperaturwächter (2) und der Temperaturregler (1) sind beide auf einer gemeinsamen Substratplatte (17) aus keramischem Material befestigt und zwischen zwei Anschlußkontaktfahnen (18, 19) elektrisch unmittelbar hintereinanderge schaltet.

2. Thermische Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Substratplatte (17) ein dem Temperaturwächter (2) zugeordneter Selbsthaltewiderstand (20) aufgedruckt ist.

3. Thermische Schalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Substratplatte (17) ein Rückführwiderstand (21) aufgedruckt ist, der mit seinem einen Ende mit dem Selbsthaltewider stand (20) und mit seinem anderen Ende mit einer dritten Anschlußkontaktfahne (24) elektrisch verbunden ist.

4. Thermische Schalteinheit nach einem der An sprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Substratplatte (17) ein Absenkwiderstand (26) aufgedruckt ist, der mit seinem einen Ende dem Festkontakt (11) des Temperaturreglers (1) und mit seinem anderen Ende mit einer vierten Anschlußkontaktfahne (25) verbunden ist.

5. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungskontakt (10) des Temperatur wächters (2) ein als Festkontakt (11) ausge bildetes Befestigungsniet der Temperaturregler kontaktfeder beaufschlagt.

6. Thermische Schalteinheit nach einem vorher gehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungskontakt des Temperaturreglers ein als Festkontakt ausgebildetes Befestigungs niet der Temperaturwächterkontaktfeder beauf schlagt.

7. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (30, 31) der beiden Kontakt federn (3, 4) einen Winkel zueinander ein schließen.

8. Thermische Schalteinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel annähernd 90° beträgt.

9. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Festkontakt (12) dienende Be festigungsniet mit einer hochleitfähigen Auf lage, insbesondere einer Silberauflage versehen ist.

10. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Festkontakt (12) dienende Befestigungsniet etwa auf der Mittellängsachse (32) der rechteckig ausgebildeten Substratplatte (17) angeordnet ist.

11. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (30, 31) der Kontaktfedern (3, 4) i. w. auf den Diagonalen der rechteckigen Substratplatte (17) liegen.

12. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Anschlußkontaktfahnen (18, 19, 24, 25) sich paarweise gegenüberliegend von den längeren Seiten der Substratplatte (17) ab stehen.

13. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegenden Kanten (35) von sich paarweise gegenüberliegenden Anschlußkontakt fahnen (18, 24 bzw. 19, 25) etwa einen Abstand D aufweisen, der i.w. der Länge L der Substrat platte (17) entspricht.

14. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Absenkwiderstand (26) i. w. parallel zu einer der kurzen Seitenkanten 40 der Substratplatte 17 verläuft.

15. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführwiderstand (21) im Bereich einer der langen Seitenkanten (33, 34) der Substrat platte (17) angeordnet ist.

16. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch sie gespeiste Heizwendel (36) haarnadelförmig über die Rückseite der Substrat platte (17) geführt ist.

17. Thermische Schalteinheit nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein flaches Kunststoffgehäuse (41) auf weist, das die Substratplatte (17) mit allen elektrischen Bauelementen umgreift und an seiner Innenseite (42) Stützvorsprünge (43) aufweist, die die mit den Kontaktfedern (3, 4) versehene Seite der Substratplatte (17) mit Abstand von der gegenüberliegenden Gehäuseinnenseite halten.

18. Thermische Schalteinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgehäuse (41) aus einem schüsselartigen Gehäuseunterteil mit runder Form besteht, auf dessen Boden die Stützvorsprünge (43) angeordnet sind und auf das ein Deckel (45) aufschnappbar ist, der mit seiner Innenseite (46) die Substratplatte (17) auf ihrer Rückseite beaufschlagt.