DE8514393U1 - Thermisches Schaltelement - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung/Neuerung betrifft ein thermisches Schaltelement mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Derartige Schaltelemente - auch Bimetal I schalter 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 Bimetal 1 trägers - es kann sich beispielsweise um die mit einem Heizelement versehene Laufsohle eines elektrischen Bügeleisens handeln - soll geregelt werden. Um einen guten Wärme übergang vor,; Bimetall träger in das Bimetall zu gewähr leisten, 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 Bimetall- trägers preßt.

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 flächi ger 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 Bimetal 1 schwenk!änge herbeigeführt. Weiterhin spielt die Ausbiegung des Bimetal 1 streifens im Ruhezustand (Zimmertemperatur 20° C) eine nicht unwesentliche Rolle, da diese Ruheausbiegung dazu führen kann, daß sich das Bimetall an nicht vorherbestimmbaren Stellen der flachen Bimetallträgeroberf1äche abstützt. In dem

&Ggr; 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 Bimetall trägers nicht exakt eben ist und durch Unebenheiten das auf der Oberfläche befestigte Bimetall im Ruhezustand verspannt wird.

In letzter Zeit ist man dazu übergegangen, sog. zusammengesetzte Bimetallstreifen - bestehend aus einem Stahlblevhstreifen und einem relativ kurzen Bimetalläbschnitt - zu verwenden. Dies ist insofern vorteilhaft, als ein kurzer Bimetallstreifen schneller anspricht als ein langgestreckter, da die gesamte biegewirksame thermische Energie gleichsam auf das Bef^stigungsende des Bimetalls konzentriert ist, wohin das Schwenkende des gesamten Streifens durch den Material wechsel thermisch abgekoppelt ist und somit nicht aufgeheizt wird. Je kürzer allerdings die wirksame Länge L eines Bimetallelementes ist, umso kritischer wirict sich jede auch noch so geringe Veränderung der wirksamen Schwenklänge L beim Ansprechvorgang des Bimetalls aus.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, ein thermisches Schalte! emerit derart auszubilden, daß es auf einfache Weise an flachen Oberflächen montierbar ist und ein vorhersehbares und reproduzierbares Schaltverhalten aufweist. Diese Aufgabe wird durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Ein erstes erfindungstrsgGndes Merkmal ist die Anordnung einer einseitigen topfartigen Einprägung im Fest-¹ endbereich des Bimetal 1abschnittes. Topfartige Einprä gung 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 Bimetal 1 träger. Die "Seitenwandungen" des durch die Einprägung gebildeten Topfes gehen unter Einfluß eines Winkels von etwa 120° in den Bodenbereich über, so daß die Anlagefläche zwischen Bimetall und Montageober fläche 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 Wärmeleitungs- übergang vermieden werden kann. Mit Hilfe des Befesti-

gungsg?iedes, das als Schraube ausgebildet sein kann, )

wird die Bodenfläche definiert und fest gegen die Mon- |

tageoberflache gepreßt. Die "Seitenwandungen" des f

Topfes sorgen dafür, daß die die Einprägung umgebenden \ Bimetal 1bereiche bewegungsmäßig von dem verspannten f Bodenbereich abgekoppelt sind. In vorteilhafter Weise j

führt dies weiter dazu, daß die Schraubanzugskräfte |

sich nicht mehr kritisch auf das Schwenkverhalten des I

Bimetalls und damit auf das Schaltverhalten des gesam-

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ten Systems auswirken* Umgekehrt wird aber auch jede Übertragung einer Wölb- oder Biegebewegung des Bimetall abschrtittes in den Bodenbereich vermieden.

Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn gemäß Ansprüchen 2 und 3 die Einprägung kreisförmig ist bzw. das Befes*tigungsloch die Bodenfläche der Einprägung mittig durchsetzt und der Innendurchmesser D der Einprägung i. w. dein wirksamen Außendurchmesser des Kopfabschnittes des Befestigungselementes entspricht. Dadurch wird einte satte Anlage des gesamten Bodenbereiches bei gleichmäßigem Montagedruck an der Montageoberfläche des Bimetallträgers erzielt.

Versuchsreihen haben ergeben, daß eine Einprägtiefe h, §

die etwa der halben Material stärke H des Bimetallabschnittes entspricht, ausreicht, um den erfindungsge mäßen vorteilhaften Effekt herbeizuführen. Die dabei |

notwendige Material verformung ist nicht so gravierend, i

1 daß dadurch negative Versprödungs- oder Verspannungs effekte im Bimetallabschnitt hervorgerufen werden.

Ferner kann es vorteilhaft sein, die Bodeninnenfläche

der Einprägung im Umgebungsbereich des Befestigungs-

loches konvex oder kegelförmig nach oben (innen) auszu- |

wölben 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.

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Die Dimensiörtsangaben, 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.

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 Befesti gungsloch-Stanzvorgang eingeprägt werden, es ist dazu lediglich die Form (und Gegenform) des Stanzwerkzeuges zu verändern.

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 Detai1 schnitt des Bimetallabschnittes in unbefestigtem Zustand.

Das thermische Schaltelement 10 besteht aus einem streifenförmigen Bimetal I abschnitt 12 und einem langgestreckten Verlängerungsstück 14, das am Schwenkende 16 des Bimetallabschnittes 12 durch Punktschweißung

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r (Schweißpunkte 18) befestigt ist. Mit seinem &iacgr;-'reiende

20 betätigt das Verlängerungsstück 14 einen nicht dar-

; gestellten Schnäppschältköntäkt.

Der Bimetall abschnitt 12 ist im Bereich seines Festendes flächig an einem sich erwärmenden Bimetallträger 24 befestigt und dazu mit einem Befestigungsloch 26 verse her!; das zur Durchführung eines d?n Biroet-eiisbschnitt 12 gegen die Montagefläche 28 des Bimetallträgers 24 pressenden Befestigungsgliedes 30 dient. Das 10 Befestigungsglied ist als Maschinenschraube ausgeführt

S und weist einen das Bimetall übergreifendes Kopfteil 32

auf.

Das Festende 22 des Bimetal 1abschnittes 12 weist eine einseitige topfartige Einprägung 34 auf, deren Boden-

§ 15 innenfläche 36 vom Kopfteil 32 des Befestigungsgliedes 30 beaufschlagt ist und deren Bodenaußenfläche 38 die Anlagekontaktfläche zum Bimetal I träger 24 bildet. Die

* Einprägung 34 ist kreisförmig ausgebildet, das Befestigungsloch 26 durchsetzt die Bodenfläche 36, 38 der Einprägung 34 mittig, der Innendurchmesser D der Einprägung 34 entspricht i. w. dem wirksamen Außendurchmesser des Kopfteils 32 des Befestigungsgliedes 30.

Die Tiefe h der Einprägung 34 entspricht etwa der halben Material stärke H des Bimetal Iabschnittes 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 Einprägung nach "unten" gerichtet ist.

Die aktive Länge L des Bimetal 1abschnittes 12 ent- |

spricht etwa dem Radius r der Einprägung 34, deren |

Durchmesser etwa 40 % - 60 % der gesamten Bimetallabschnittslänge beträgt. Ferner beträgt der Durchmesser der Einprägung etwa 70 % - 90 % der Streifenbreite B.

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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 E'nprägung

36 Bo^eninnenf 1 äche

38 Bodenaußenfläche

40 Umgebungsbereich

Claims (3)

ypb Patentanwalt Ostendstraße 132 8500 Nürnberg 30 Telefon 0911/573031-32 INTER CONTROL Hermann Köhler Elektrik GmbH & Co. KG Schafhofstraße 30 8500 Nürnberg 13 f. Thermisches Schaltelement NSPRÜCHE

1. Thermisches Schaltelement mit folgenden Merkmaen:

das Schaltelement (10) besteht aus einem streifenförmigen Bimetal I abschnitt (12),

b -- der im Bereich seines Festendes (22) an

einem sich erwärmenden Bimetal!träger (24} flächig befestigt ist und dazu mit einem Befestigungsloch (26) zur Durchführung eines den Bimetal labschnitt (12) partiell gegen die Montagefläche (28)

des Bimetallträgers (24) pressenden, ein das Bimetall übergreifendes Kopfteil (32) aufweisenden Befestigungsgliedes (30) versehen ist, und

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2. Schaltelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Einprägung (34) kreisförmig ist.

3. Schaltelement nach Ansprüchen 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Befestigungsloch (26) die Bodenfläche der Einprägung (34) mittig durchsetzt und der Innendurchmesser D der Einprägung (34) i. w. dem wirksamen Außendurchmesser d des Kopfteils (32) des Befestigungsgliedes (30) entspricht.

mit seinem Schwenkeride (16) entweder unmittelbar oder mittels eines am Schwenkende befestigten Verlärigerungs* Stückes (14) einen Schaltkontakt betä= tigt,

gekennzeichnet durch |

folgende Merkmale: |

Das Festende (22) des Bimetal 1abschnittes

(12) weist eine einseitige topfartige Ein- |.

prägung (34) auf, |

I deren Bodeni nnenf 1 ?>*;he (36) vom Kopfteil i

(32) des Befestigungsgliedes (30) beaufschlagt ist und

deren Bodenaußenfläche (38) die Anlagekontaktfläche zum Bimetallträger (24) |;

bildet.

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4« Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Tiefe h der Einprägung etwa der halben Material stärke H des Bimetallabschnittes entspricht.

5. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Bodenfläche der Einprägung (34) im Umgebungsbereich (40) des Befestigungsloches (26) konvex oder kegelförmig nach oben ausgewölbt oder ausgebogen ist.

6. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Befestigungselement (30) als Schraube ausgebildet ist und die die Bodeninnenfläche (26) beaufschlagende KopfUnterseite eben ausgebildet ist.

7. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet*

daß die aktive Länge L des Bimetallabschnittes (12) etwa dem Radius r der Ausprägung (34) entspricht.

-4-

8. Schältelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchmesser Zv der Einprägung (34) etwa 40 % - 60% der Bimetal 1 abschnittsl a'nge X beträgt .

9* Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchmesser Zr der Einprägung (34) etwa 70 % - 90 % der Streifenbreite B beträgt.