EP1569257B1 - Temperaturfühler - Google Patents

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EP1569257B1
EP1569257B1 EP04004151A EP04004151A EP1569257B1 EP 1569257 B1 EP1569257 B1 EP 1569257B1 EP 04004151 A EP04004151 A EP 04004151A EP 04004151 A EP04004151 A EP 04004151A EP 1569257 B1 EP1569257 B1 EP 1569257B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
rod
contact
temperature sensor
contact spring
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04004151A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1569257A1 (de
Inventor
Paul Dr. Losbichler
Christian Dipl.- Ing Auradnik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electrovac AG
Original Assignee
Electrovac AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34745869&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1569257(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Electrovac AG filed Critical Electrovac AG
Priority to DE502004000953T priority Critical patent/DE502004000953D1/de
Priority to AT04004151T priority patent/ATE333141T1/de
Priority to EP04004151A priority patent/EP1569257B1/de
Priority to US11/065,328 priority patent/US7345572B2/en
Publication of EP1569257A1 publication Critical patent/EP1569257A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1569257B1 publication Critical patent/EP1569257B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/46—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid
    • H01H37/48—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid with extensible rigid rods or tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/12—Means for adjustment of "on" or "off" operating temperature
    • H01H37/20—Means for adjustment of "on" or "off" operating temperature by varying the position of the thermal element in relation to switch base or casing

Definitions

  • the invention relates to a temperature sensor for a radiant heater, which temperature sensor has a first expansion element formed as a tube with a housing of a switch, which is firmly connected to a further expansion element formed as a rod in the region of its free end, wherein the two expansion elements have different thermal expansion coefficients, and the switch has at least one biased against a position and a contact bearing contact spring and one of the expansion elements is acted upon by a spring acting in the axial direction, wherein on one side of the contact spring of the rod and on the other side, the spring in the axial direction of the rod acts, wherein the spring acts against the rod via a support.
  • Such temperature sensors are widely used where e.g. electrically or gas heated devices such as hotplates, radiant heaters of glass ceramic cooking units, oven muffles or the like are to be protected from overheating.
  • US 3 004 123 A shows a comparable temperature sensor for a radiant heater, which temperature sensor comprises a tube connected to a housing of a switch, which is firmly connected to a rod in the region of its fixed end, wherein the tube and rod have different coefficients of thermal expansion, and the switch a biased against a position and a contact-bearing contact arm and one of the expansion elements is acted upon by a spring acting in its axial direction, wherein on one side of the contact arm of the rod acts via a transmission member and wherein the spring acts against the rod via a support.
  • EP 279 368 describes a prior art temperature sensor system.
  • the active portion of the temperature sensor corresponds to the length over which the tube and the inner rod are arranged inside each other.
  • the different thermal expansions of these two parts lead to a differential length when the temperature sensor is heated, which is used to switch the contact system.
  • the position of the axially movable inner rod to Switching system or the contact spring determines and thus given the switching temperature of the contact spring.
  • the contact spring is indirectly controlled with a plunger from the rod at a temperature of the sensor probe system in a radiant heater.
  • the contact spring is fixedly connected in the prior art with the spring bearing, e.g. with the help of welding or riveting.
  • the contact spring is designed as a snap spring.
  • the main thermal contact springs are self-closing, i. the contact system is closed when the indirectly acting plunger does not touch the contact spring.
  • the bias in the contact spring is a minimum.
  • With increasing temperature of the plunger acts with a certain operating force on the contact spring, which is preferably wave-shaped in the transmission area.
  • DE 24 22 625 describes a temperature limiter for electric hotplates, the rod without translation acts directly on the snap element of the snap-action switch.
  • This snap-action switch is limited to temperature ranges of 400 ° C and also has a snap hysteresis path of less than 2/100 mm.
  • an adjusting screw is screwed into the outer tube at its free end, on which the transmission rod is supported.
  • the thread quality of the provided on the outer tube internal thread is set only within large tolerances because of the difficult to deform tube material, which has the effect that the wear of the threading tool is very high and fast.
  • the poor thread quality mainly affects the thread flanks and the tolerance deviations of the thread throat diameter.
  • AT 386 673 discloses a temperature limiter disposed between a gas burner body and a glass ceramic cooking surface heated therefrom, the tube of the Temperature sensor is enclosed by a surrounding surrounding cladding tube.
  • a snap spring is mounted with an additional movable spring arm which carries at its end a contact piece, which ensures the mechanical contact between the ceramic rod and the actuation point of the snap spring.
  • the system is limited to a single-loop controller.
  • the conventional temperature control systems are designed for heaters with 1200 W to 2300 W peak power.
  • the contact spring is claimed up to the load limit and beyond, often repeated, or cyclic stresses lead to irreversible material changes even if the mechanical stresses in the contact spring are below the yield point. These phenomena are called fatigue designated. The signs of fatigue are largely dependent on the state of stress of the material and on the thermal load.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and problems mentioned above and to propose a temperature sensor, in which a rapid fatigue of the contact spring and an additional, the axial movement of the inner rod in the sensor tube enabling, spring element is avoided.
  • the mechanical and / or thermal transfer in the region of the contact spring should be optimized for the switching point accuracy of one or more contact systems.
  • the proposed measures ensures that the contact spring between the rod and the acted upon by the spring bearing is clamped.
  • the contact spring is brought at a corresponding increase in the temperature by the spring acting on the support in its open position. It is therefore possible to elastically bias the contact spring in the cold state of the temperature sensor, wherein the mechanical stress in the contact spring decreases with increasing temperature. It result at the same temperature or current load, compared with the known solution of the indirect snap mechanism, a significantly lower voltage load on the contact spring, just as the support on the support spring takes over tasks that must take over the contact spring itself in the known solution. This has a positive effect on material fatigue.
  • Another advantage of the support is a cooling effect away from the contact spring by heat conduction processes. Due to the position of the supporting compression spring on the heat input of the sensor tube and inner rod side facing away from the contact spring, the heat dissipation of the introduced into the compression spring heat in the direction of controller housing and consequently regulator environment, the temperature load of the spring material so far reduced that the fatigue of the material of this additional spring element can be avoided and the stability of the switching point position of the contact spring is ensured by the constant supportive effect of the compression spring. Thereby, the contact spring also higher, in terms of temperature and electrical stress, are claimed.
  • the support also allows easy production of two- or Mehrarrathermostaten, such as for a hot display, including a plunger as a transfer member, which is arranged as an extension of the rod coaxial therewith. With such a trained additional transfer member exactly every small axial extent is transmitted directly to a second contact system.
  • the spring acting against the rod is supported on a housing-fixed abutment and acts via a spring plate on the support.
  • the spring force can be defined very well.
  • the spring acting against the rod is supported on a spring plate variant detachably fastened to the housing and acts on the support via the spring plate.
  • This preferably made of a metallic material Federtellertine has significant mounting technology and processing advantages and increases by direct heat conduction from the spring into the spring plate, the heat dissipation serving metallic surface, whereby the temperature loads on the contact spring and the spring are further reduced.
  • the second contact spring has a bearing on the support and the rod guided in the pipe towandten side adjacent plunger is controlled, which passes through this and is connected to a cooperating with the second contact spring sleeve.
  • the second contact spring is controlled by a on the support and its side facing away from the rod guided rod in the side ram, which interspersed with this and with a the second contact spring cooperating sleeve is connected. This ensures minimal fatigue and optimal transmission for both contact systems.
  • an adjustment spring is supported on a collar of the sleeve, which is further supported on the plunger. Such adjusting spring facilitates a precise adjustment of the temperature sensor to predetermined temperatures.
  • the support and / or the plunger is made of electrically non-conductive material, in particular ceramic, or are.
  • electrically non-conductive material in particular ceramic, or are.
  • the contact spring has a line support, wherein the contact spring in the section between the sensor rod and the Support is preferably designed double-wave or as a broken shaft with Wellenbug.
  • the axial distance from bar to support can be set exactly.
  • the contact spring has a point support, wherein the contact spring in the section between the sensor rod and bearing preferably embossed pressure points or a pressed ball.
  • the contact ball may e.g. be formed of stainless or hardened metal or ceramic.
  • a radiant heater 1 has a trough 2, in which there is a spirally laid heating coil 3, which is embedded in an embedding mass 4 (see FIGS. 1 and 2).
  • the radiant heater 1 is arranged below a plate 5 made of metal, glass ceramic or the like., Which forms a cooking surface 6.
  • a temperature sensor 7 is arranged, which communicates with a switching head 18 in connection, wherein the Temperaturfiihler 7 is passed through holes in the housing of the radiant heater 1 in a simple manner.
  • the temperature sensor 7 is thus exposed to the temperature which prevails below the cooking surface 6 in the radiation space between the cooking surface 6 and the heating coil 3 and thus can detect this temperature.
  • the first expansion element 8 is formed as a tube, in particular with a circular cross-section
  • the second expansion element as a rod 9, which preferably has a circular cross-section, and is arranged in the interior of the tube 8 fitting.
  • the first expansion element is referred to as tube 8 and the second expansion element as rod 9, wherein the tube 8 has a greater coefficient of thermal expansion than the rod 9.
  • the tube 8 made of metal with a higher coefficient of thermal expansion
  • the rod 9 be made of ceramic, glass or a metal with a smaller coefficient of thermal expansion.
  • the tube 8 and the rod 9 are immovably held by supporting the rod 9 at the closed end 100 of the tube in the axial direction, whereas these two elements 8, 9 in the second end region of the tube 8 in axial direction are held movable relative to each other.
  • an adjusting cap 110 is provided at the free end of the rod 9, which is initially mounted displaceably in the direction of the actuating movement of the temperature sensor. With this adjusting cap 110, the rod 8 is pushed in the cold state against the contact spring 11 and fixed after reaching the adjustment position relative to the tube 9, this fixation being e.g. Can be done by laser welding or gluing. Before the final fixing of the adjusting cap 110, the accuracy and reproducibility of the adjustment position by multiple displacement of the adjusting cap 110 can be checked by the respective switching points are measured and compared. By this displacement operation or snap action of the contact spring 11 is also ensured that the spring tongue 15 is optimally used in the spring bearing notch.
  • the one end 101 of the tube 8 is fixed to a housing 10 of a switching head 18, wherein the tube 8 is provided with a flange 102 which bears against the inside of the housing 10.
  • terminals 13, 13 ', 131, 131' are arranged, wherein at the terminals 13, 13 'in the interior of the housing 10, contact springs 11, 11' are electrically conductively fixed, e.g. riveted with these.
  • contact springs 11, 11 ' are designed as snap springs and carry contacts 14, 14'.
  • terminals 131, 131 'carry fixed contacts 16, 16' which cooperate with the movable contacts 14, 14 'of the contact springs 11, 11'.
  • a housing-fixed abutment 17 is arranged, on which a spring 19 is supported.
  • This spring 19 acts via a spring plate 20 on a support 21 a.
  • the contact spring 11 is clamped between the rod 9 and the support 21.
  • the support 21 is also hat-shaped and takes the plunger 22 in one of the contact spring 11 and thus also away from the rod 9 recess.
  • This plunger 22 is fixedly connected to the flange 23 having a sleeve. In this case, the sleeve 23 and the plunger 22 pass through the contact spring 11 'and the terminal 13'.
  • the plunger 22 is surrounded by an adjusting spring 24 which is supported on the flange of the sleeve 23 and the spring plate 20.
  • the tube 8 expands more than the rod 9, whereby the penetration depth of the rod 9 is reduced in the housing 10 and the contact spring 11 is pressed by the spring-loaded support 21 upwards.
  • the contact spring 11 whose residual stresses are reduced, has been pressed upwards to a certain extent, the latter jumps over and the contacts 16, 14 are disconnected and thus the current path from the terminal 13 to the terminal 131 is interrupted.
  • the current path from the terminal 13 'to the terminal 131' is first closed, and only at a higher temperature to open the current path from the terminal 13 to the terminal 131.
  • the spring 19 acting against the rod 9 may be supported on a spring plate variant 25 not fixed to the housing and act on the support 21 via a spring plate 20.
  • a critical point for the switching point accuracy of both the main thermal contact system and the second contact system represents the mechanical transmission of the rod 9 to the contact spring 11 and the support 21. In general, this is achieved by the wave-shaped design of the contact spring 11. As a result, a line or point support between rod 9 and contact spring 11 and contact spring 11 and
  • a point support can be achieved by a pressed ball 28 or by pressure points 27.
  • Line-shaped transmission can be achieved by a double-wave form of the contact spring 11 (see Fig. 8a, b) or the formation as a broken shaft (see Fig. 7 a to c), in the latter case, in addition, a matching metal rod 26 may be introduced, the protects the area of the wave bow (29) from deformation.
  • a single-contact regulator it is possible in a preferred embodiment to use a single piece of ceramic or metal for the functions of the plunger 22 and the support 21.
  • the second contact spring is usually used only for controlling a signaling device, also called hot indication, e.g. a signal lamp for indicating that the radiant heater 1 or the cooking surface 6 is at a temperature of e.g. Exceeds 65 ° C.
  • a signaling device also called hot indication, e.g. a signal lamp for indicating that the radiant heater 1 or the cooking surface 6 is at a temperature of e.g. Exceeds 65 ° C.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Temperaturfiihler für einen Strahlungsheizkörper, welcher Temperaturfühler ein mit einem Gehäuse eines Schalters verbundenes als Rohr gebildetes erstes Ausdehnungselement aufweist, das mit einem als Stab gebildetem weiteren Ausdehnungselement im Bereich seines freien Endes fest verbunden ist, wobei die beiden Ausdehnungselemente verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, und der Schalter mindestens eine gegen eine Stelle vorgespannte und einen Kontakt tragende Kontaktfeder aufweist und eines der Ausdehnungselemente von einer in dessen axialer Richtung wirkenden Feder beaufschlagt ist, wobei auf eine Seite der Kontaktfeder der Stab und auf die andere Seite die Feder in axialer Richtung des Stabes wirkt, wobei die Feder gegen den Stab über ein Auflager wirkt.
  • Derartige Temperaturfühler finden allgemein Anwendung, wo z.B. elektrisch oder mit Gas beheizte Geräte, wie Kochplatten, Strahlheizkörper von Glaskeramik-Kocheinheiten, Backofenmuffeln oder dergleichen vor Überhitzung geschützt werden sollen.
  • Die US 3 004 123 A zeigt einen vergleichbaren Temperaturfühler für einen Strahlungsheizkörper, welcher Temperaturfühler ein mit einem Gehäuse eines Schalters verbundenes Rohr umfasst, das mit einem Stab im Bereich seines festen Endes fest verbunden ist, wobei Rohr und Stab verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, und der Schalter einen gegen eine Stelle vorgespannte und einen Kontakt tragenden Kontaktarm aufweist und eines der Ausdehnungselemente von einer in dessen axialer Richtung wirkenden Feder beaufschlagt ist, wobei auf eine Seite des Kontaktarms der Stab über ein Übertragungsglied wirkt und wobei die Feder gegen den Stab über ein Auflager wirkt.
  • Die EP 279 368 beschreibt ein dem Stand der Technik entsprechendes Temperatursensorsystem. Dabei ist meist ein äußeres Fühlerrohr mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten mit einem in diesem angeordneten Stab, der an dem freien Ende des Rohres mit diesem verbunden und im Fühlerrohr axial verschiebbar ist und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, angeordnet. Dabei entspricht der aktive Abschnitt des Temperaturfühlers der Länge, über die das Rohr und der Innenstab ineinander angeordnet sind. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen dieser beiden Teile führen bei Erwärmung des Temperaturfühlers zu einer Differenzlänge, die zum Schalten des Kontaktsystems verwendet wird. Bei solchen Temperaturfühlern ist durch Positionierung und Fixierung eines Justierelementes die Lage des axial beweglichen Innenstabes zum Schaltsystem bzw. der Kontaktfeder bestimmt und damit die Schalttemperatur der Kontaktfeder gegeben.
  • Bei einem bekannten derartigen Temperaturfühler wird bei einer Temperaturbeaufschlagung des Fühlerstabsystems in einem Strahlungsheizkörper die Kontaktfeder indirekt mit einem Stößel vom Stab gesteuert. Die Kontaktfeder ist im Stand der Technik mit dem Federlager fix verbunden z.B. mit Hilfe des Verschweißens oder des Nietens. Die Kontaktfeder ist als Schnappfeder ausgebildet. Bei den indirekt wirkenden Kontaktsystemen sind die Hauptwärmekontaktfedern selbst schließend, d.h. das Kontaktsystem ist geschlossen, wenn der indirekt wirkende Stößel die Kontaktfeder nicht berührt. Im justierten Ausgangszustand, d.h. im kalten Zustand, beträgt die Vorspannung in der Kontaktfeder ein Minimum. Mit steigender Temperatur wirkt der Stößel mit einer bestimmten Betätigungskraft auf die Kontaktfeder, welche im Übertragungsbereich bevorzugt wellenförmig ausgebildet ist. Dadurch wird eine Durchbiegung der Kontaktfeder erzeugt, wodurch der Spannungszustand der im Ausgangszustand bereits vorgespannten Federzunge erhöht wird. Der Spannungszustand in der Feder beträgt unmittelbar vor dem Schaltpunkt ein Maximum. Im Betrieb bedeutet dies ein gleichzeitiges Auftreten von kritischen Belastungen. Dazu sind sowohl die von außen zugeführte Temperatur und die Eigenerwärmung der Feder infolge der elektrischen Belastung, als auch mechanischen Spannungen zu zählen, was zu einer Materialermüdung der Kontaktfeder und damit zu einer kurzen Lebensdauer des Temperaturreglers führt. Des weiteren führt diese hohe Belastung der Kontaktfeder auch zu einem Versagen des Schnappmechanismus.
  • Die DE 24 22 625 beschreibt einen Temperaturbegrenzer für Elektrokochplatten, wobei der Stab ohne Übersetzung direkt auf das Schnappelement des Schnappschalters einwirkt. Dieser Schnappschalter ist auf Temperaturbereiche von 400°C beschränkt und weist außerdem einen Schnapphystereseweg von weniger als 2/100 mm auf. Für die Justage ist im Außenrohr an seinem freien Ende eine Justierschraube eingeschraubt, auf der sich der Übertragungsstab abstützt. Die Gewindequalität des am Außenrohr vorgesehenen Innengewindes ist wegen des schwer verformbaren Rohrwerkstoffes nur innerhalb großer Toleranzen festzulegen, wobei sich auswirkt, dass der Verschleiß des Gewindewerkzeuges sehr hoch ist und schnell erfolgt. Die schlechte Gewindequalität betrifft vor allem die Gewindeflanken und die Toleranzabweichungen des Gewinde-Kemdurchmessers.
  • Die AT 386 673 offenbart einen Temperaturbegrenzer, der zwischen einem Gasbrennerkörper und einer davon beheizten Glaskeramik-Kochfläche angeordnet ist, wobei das Rohr des Temperaturfühlers von einem mit Abstand umgebenden Hüllrohr umschlossen wird. Beim Kontaktsystem ist eine Schnappfeder mit einem zusätzlichen beweglichen Federarm befestigt, der an seinem Ende ein Kontaktstück trägt, das den mechanischen Kontakt zwischen Keramikstab und dem Betätigungspunkt der Schnappfeder sicherstellt. Das System ist auf einen Einkreisregler beschränkt. Durch ein zusätzliches Federelement zwischen Keramikstab und Schnappfeder, welches bei Temperaturbeaufschlagung des Temperaturfühlers die axiale Bewegung des Fühlerstabes im Fühlerrohr unterstützt oder bei zu geringer Vorspannung der Kontaktfeder erst ermöglicht, indem die, durch das zusätzliche Federelement in axialer Stabrichtung wirkende Kraft die Reibungskräfte zwischen Fühlerstab und Fühlerrohr überwindet, kann die Genauigkeit der Schalttemperatur aufgrund der Form- und
  • Lagetoleranzen dieses zusätzlichen Bauteiles negativ beeinflusst werden. Durch die Position dieses zusätzlichen Federelementes zwischen Kontaktfeder bzw. Betätigungsstab ist dieses stromführende zusätzliche Federelement sowohl der von außen zugeführten als auch der von der Kontaktfeder infolge der elektrischen Belastung hervorgerufenen Temperaturbelastung als auch der Temperaturbelastung durch die Eigenerwärmung infolge der elektrischen Belastung des zusätzlichen Federelementes ausgesetzt.
  • Diese Belastungen führen bei dem gleichzeitigen Auftreten mit der für die Vorspannung des zusätzlichen Federelementes erforderlichen mechanischen Belastung zu dem selben Schädigungsbild, das bei der Kontaktfeder zu beobachten ist.
  • Die herkömmlichen Temperaturregelsysteme sind für Heizungen mit 1200 W bis 2300 W Spitzenleistung ausgelegt. Die Anforderungen an einzelne Komponenten, wie z.B. im Schaltkopf, solcher Temperaturfühler werden bezüglich Schaltgenauigkeit, elektrischer und thermischer Belastung immer höher. Wird nun eine Heizplatte mit 3000 W und höher betrieben, ergibt das bei derselben Spannung, dass sich die abzuführende Leistung P, formelgemäß P = I 2 × R ,
    Figure imgb0001
    wobei I den Strom über die Kontaktfeder und R den Widerstand der Kontaktfeder bedeutet, mit dem Quadrat des Stromes erhöht.
  • Dadurch wird die Kontaktfeder bis an die Belastbarkeitsgrenze und darüber hinaus beansprucht, wobei häufig wiederholte, bzw. zyklische Beanspruchungen selbst dann zu irreversiblen Werkstoffveränderungen führen, wenn die mechanischen Spannungen in der Kontaktfeder unterhalb der Fließgrenze liegen. Diese Erscheinungen werden als Ermüdung bezeichnet. Die Ermüdungserscheinungen sind wesentlich vom Spannungszustand des Materials sowie von der thermischen Beanspruchung abhängig.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese oben erwähnten Nachteile und Problemstellungen zu vermeiden und einen Temperaturfühler vorzuschlagen, bei dem eine rasche Ermüdung der Kontaktfeder und eines zusätzlichen, die axiale Bewegung des Innenstabes im Fühlerrohr ermöglichenden, Federelementes vermieden wird.
  • Weiters soll für die Schaltpunktgenauigkeit eines oder mehrerer Kontaktsysteme die mechanische und/oder thermische Übertragung im Bereich der Kontaktfeder optimiert werden.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einem Temperaturfühler der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, dass die Kontaktfeder als Schnappfeder ausgebildet ist.
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, dass die Kontaktfeder zwischen dem Stab und dem von der Feder beaufschlagten Auflager eingespannt ist. Die Kontaktfeder wird bei einem entsprechenden Anstieg der Temperatur durch die das Auflager beaufschlagende Feder in ihre Öffnungslage gebracht. Es ist daher möglich, die Kontaktfeder im kalten Zustand des Temperaturfiihlers elastisch vorzuspannen, wobei bei steigender Temperatur die mechanische Spannung in der Kontaktfeder abnimmt. Es ergeben sich bei gleicher Temperatur- bzw. Strombelastung, verglichen mit der bekannten Lösung des indirekten Schnappmechanismus, eine erheblich geringere Spannungsbelastung der Kontaktfeder, da eben die sich am Auflager abstützende Feder Aufgaben übernimmt, die bei der bekannten Lösung die Kontaktfeder selbst übernehmen muss. Dies wirkt sich im Hinblick auf die Materialermüdung positiv aus.
  • Da die Kontaktfeder zwischen dem von der Feder beaufschlagten Auflager und dem Stab eingespannt ist, ergeben sich aufgrund der optimierten mechanischen Übertragung im Bereich der Kontaktfeder auch Vorteile hinsichtlich einer erhöhten Stabilität des Schaltverhaltens d.h. der Schaltpunktgenauigkeit.
  • Ein weiterer Vorteil des Auflagers ist eine Kühlwirkung von der Kontaktfeder weg durch Wärmeleitungsvorgänge. Durch die Position der unterstützenden Druckfeder auf der der Wärmeeinbringung des Fühlerrohres und Innenstabes abgekehrten Seite der Kontaktfeder, wird durch die Wärmeabfuhr der in die Druckfeder eingebrachten Wärme in Richtung Reglergehäuse und in Folge Reglerumgebung, die Temperaturbelastung des Federmaterials so weit reduziert, dass Ermüdungserscheinungen des Materials dieses zusätzlichen Federelementes vermieden werden und die Stabilität der Schaltpunktslage der Kontaktfeder durch die gleichbleibende unterstützende Wirkung der Druckfeder gewährleistet ist. Dadurch kann die Kontaktfeder auch höher, im Hinblick auf die Temperatur und die elektrische Belastung, beansprucht werden.
  • Das Auflager ermöglicht zudem eine einfache Herstellung von Zwei- oder Mehrkontaktthermostaten, wie z.B. für eine Heißanzeige, unter Einbeziehung eines Stößels als Übertragungsglied, das als Verlängerung des Stabes koaxial zu diesem angeordnet ist. Mit einem derartig ausgebildeten zusätzlichen Übertragungsglied wird exakt jede noch so kleine axiale Ausdehnung direkt auf ein zweites Kontaktsystem übertragen.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die gegen den Stab wirkende Feder an einem gehäusefesten Widerlager abgestützt ist und über einen Federteller auf das Auflager einwirkt. Durch ein gehäusefestes Widerlager kann die Federkraft besonders gut definiert werden. Ohne auf eine bestimmte Ausführung bezüglich der Materialauswahl festgelegt zu sein, ist es dennoch zweckmäßig, den Stößel, an den sich die Feder direkt abstützt, aus Metall und das Auflager aus Keramik herzustellen.
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die gegen den Stab wirkende Feder an einer mit dem Gehäuse lösbar befestigten Federtellervariante abgestützt ist und über den Federteller auf das Auflager einwirkt. Diese bevorzugt aus einem metallischem Werkstoff ausgeführte Federtellervariante hat wesentliche montagetechnische und verarbeitungstechnische Vorteile und vergrößert durch direkte Wärmeleitung von der Feder in den Federteller die der Wärmeabfuhr dienende metallische Oberfläche, wodurch die Temperaturbelastungen auf die Kontaktfeder und die Feder weiter verringert werden.
  • Bei einer Ausbildung des Temperaturfiihlers, bei der zwei je einen Kontakt tragende, als Schnappfedern ausgebildete Kontaktfedern vorgesehen sind und gegen je eine Stellung vorgespannt sind, kann weiters vorgesehen sein, dass die zweite Kontaktfeder über einen an dem Auflager and dessen von dem im Rohr geführten Stab abgekehrten Seite anliegenden Stößel gesteuert ist, der diese durchsetzt und mit einem mit der zweiten Kontaktfeder zusammenwirkenden Hülse verbunden ist. Mit zwei Kontaktfedern, bei dem die Hauptkontaktfeder zwischen dem im Rohr geführten Stab und dem federbelasteten Auflager eingespannt ist, wird die zweite Kontaktfeder über einen an dem Auflager and dessen vom im Rohr geführten Stab abgekehrten Seite anliegenden Stößel gesteuert, der diese durchsetzt und mit einer mit der zweiten Kontaktfeder zusammenwirkenden Hülse verbunden ist. So wird für beide Kontaktsysteme eine minimale Ermüdung und eine optimale Übertragung sichergestellt. In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an einem Bund der Hülse eine Justierfeder abgestützt ist, die weiters an dem Stößel abgestützt ist. Eine solche Justierfeder erleichtert ein präzises Justieren des Temperaturfühlers auf vorgegebene Temperaturen.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Auflager und/oder der Stößel aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere Keramik, hergestellt ist oder sind. So kann zwischen den Kontaktsystemen eine elektrische Verbindung vermieden werden und somit die Sicherheit erhöht werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfeder eine Linien-Auflage aufweist, wobei die Kontaktfeder im Abschnitt zwischen dem Fühlerstab und dem Auflager vorzugsweise doppelwellenförmig oder als durchbrochene Welle mit Wellenbug ausgeführt ist. So kann der axialem Abstand von Stab zu Auflager exakt eingestellt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Bereich des Wellenbuges durch einen zusätzlichen passenden Metallstab vor Verformungen geschützt wird.
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfeder eine Punkt-Auflage aufweist, wobei die Kontaktfeder im Abschnitt zwischen Fühlerstab und Auflager vorzugsweise eingeprägte Druckpunkte oder eine eingepresste Kugel aufweist. Die Kontaktkugel kann z.B. aus nichtrostendem oder gehärtetem Metall bzw. Keramik ausgebildet sein.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1 schematisch einen Strahlungsheizkörper mit einem erfindungsgemäßen Temperaturfühler,
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Strahlungsheizkörper mit Temperaturfühler,
    • Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Doppelkontakt-Temperaturfühler.
    • Fig. 4 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Einkontakt-Temperaturfühler.
    • Fig. 5 einen Schnitt durch das Ende des Fühlerstabsystems,
    • Fig. 6a, 7a, 7b, 8a und 9a Schnitte durch unterschiedliche Ausführungsformen der Kontaktfeder im Bereich der Übertragung oberhalb und unterhalb der Kontaktfeder und
    • Fig. 6b, 7c, 8b und 9b Draufsichten auf unterschiedliche Ausführungsformen der Kontaktfeder im Bereich der Übertragung.
  • Ein Strahlungsheizkörper 1 weist eine Mulde 2 auf, in der sich eine spiralig gelegte Heizwendel 3 befindet, die in eine Einbettmasse 4 eingebettet ist (siehe Fig. 1 und 2). Der Strahlungsheizkörper 1 ist unterhalb einer Platte 5 aus Metall, Glaskeramik oder dgl. angeordnet, die eine Kochfläche 6 bildet. Zwischen der Kochfläche 6 und der Heizwendel 3 ist ein Temperaturfühler 7 angeordnet, der mit einem Schaltkopf 18 in Verbindung steht, wobei der Temperaturfiihler 7 in einfacher Weise durch Bohrungen im Gehäuse des Strahlungsheizkörpers 1 hindurchgeführt ist.
  • Der Temperaturfiihler 7 ist somit der Temperatur ausgesetzt, die unterhalb der Kochfläche 6 in dem Strahlungsraum zwischen der Kochfläche 6 und der Heizwendel 3 herrscht und kann damit diese Temperatur erfassen.
  • Der konstruktive Aufbau dieses Temperaturfühlers 7 geht aus der Fig. 3 hervor.
  • Es sind zwei langgestreckte Ausdehnungselemente 8, 9 vorgesehen, die voneinander verschieden große materialspezifische Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Diese Ausdehnungselemente 8, 9 können balkenförmig und nebeneinander liegend ausgeführt sein. Vorzugsweise wird, wie beim dargestellten Ausfiihrungsbeispiel, das erste Ausdehnungselement 8 als Rohr, insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt, und das zweite Ausdehnungselement als Stab 9 ausgebildet, der vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, und im Inneren des Rohres 8 passend angeordnet ist.
  • In weiterer Folge wird der besseren Übersicht halber das erste Ausdehnungselement als Rohr 8 und das zweite Ausdehnungselement als Stab 9 bezeichnet, wobei das Rohr 8 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Stab 9. So kann das Rohr 8 aus Metall mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Stab 9 aus Keramik, Glas oder einem Metall mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sein.
  • Im Bereich des freien Endes 100 des Rohres 8 sind das Rohr 8 und der Stab 9 durch das Abstützen des Stabes 9 am verschlossenen Ende 100 des Rohres in axialer Richtung unbeweglich zueinander gehalten, wogegen diese beiden Elemente 8, 9 im zweiten Endbereich des Rohres 8 in axialer Richtung relativ zueinander beweglich gehalten sind.
  • Für die Justierung ist am freien Ende des Stabs 9 eine Justierkappe 110 vorgesehen, welche in Richtung der Betätigungsbewegung des Temperaturfühlers zunächst verschiebbar gelagert ist. Mit dieser Justierkappe 110 wird der Stab 8 im kalten Zustand gegen die Kontaktfeder 11 geschoben und nach Erreichen der Justierstellung gegenüber dem Rohr 9 fixiert, wobei diese Fixierung z.B. durch Laserschweißen oder Kleben erfolgen kann. Vor der endgültigen Fixierung der Justierkappe 110 kann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Justierstellung durch mehrfaches Verschieben der Justierkappe 110 überprüft werden, indem die jeweiligen Schaltpunkte vermessen und miteinander verglichen werden. Durch diesen Verschiebevorgang bzw. Schnappvorgang der Kontaktfeder 11 wird außerdem sichergestellt, dass die Federzunge 15 optimal in der Federlagerkerbe eingesetzt ist.
  • Zur exakten Einstellung des Öffnungsschaltpunktes der zweiten Kontaktfeder 11' wird nun die Hülse 23 in Richtung des ersten Kontaktsystems, welches wie oben beschrieben justiert wurde, gegen die Kraft der Feder 19, welche sich am Bund der Hülse 23 abstützt, verschoben, bis die zweite Kontaktfeder 11' schließt. Danach wird die Hülse 23 durch die Kraft der Feder 19 wieder an die Kontaktfeder 11' des zweiten Kontaktsystems zurückgeschoben, bis dieser Kontakt öffnet. Ab diesem Schaltpunkt wird entsprechend der gewünschten Schalttemperaturdifferenz zur aktuellen Raumtemperatur der errechnete Differenzweg weitergefahren. Bei Erreichen des gewünschten Differenzweges wird die Hülse 23 durch Laserschweißung mit dem Stößel 22 fix verbunden und somit eine definierte Öffnungs-Schaltpunktposition des zweiten Kontaktsystems gewährleistet.
  • Das eine Ende 101 des Rohres 8 ist ein einem Gehäuse 10 eines Schaltkopfes 18 festgehalten, wobei das Rohr 8 mit einem Flansch 102, der an der Innenseite des Gehäuses 10 anliegt, versehen ist. Im Schaltkopf 18, bzw. dessen Gehäuse 10 sind Anschlüsse 13, 13', 131, 131' angeordnet, wobei an den Anschlüssen 13, 13' im Inneren des Gehäuses 10 Kontaktfedern 11, 11' elektrisch leitend befestigt sind, z.B. mit diesen vernietet sind. Diese Kontaktfedern 11, 11' sind als Schnappfedern ausgebildet und tragen Kontakte 14, 14'.
  • Aus den Kontaktfedern 11, 11' sind Federzungen 15, 15' ausgebogen, die an aufgebogenen Enden der Anschlüsse 13, 13' z.B. in Federlagerkerben abgestützt sind und für ein Schnappverhalten der Kontaktfedern 11, 11' sorgen.
  • Die Anschlüsse 131, 131' tragen feste Kontakte 16, 16', die mit den beweglichen Kontakten 14, 14' der Kontaktfedern 11, 11' zusammenwirken.
  • Im Inneren des Gehäuses 10 des Schaltkopfes 18 ist ein gehäusefestes Widerlager 17 angeordnet, an dem eine Feder 19 abgestützt ist. Diese Feder 19 wirkt über einen Federteller 20 auf ein Auflager 21 ein. Dabei ist die Kontaktfeder 11 zwischen dem Stab 9 und dem Auflager 21 eingespannt.
  • Das Auflager 21 ist ebenfalls hutförmig ausgebildet und nimmt den Stößel 22 in einer von der Kontaktfeder 11 und damit auch vom Stab 9 abgekehrten Vertiefung auf. Dieser Stößel 22 ist mit der einen Flansch aufweisenden Hülse 23 fest verbunden. Dabei durchsetzen die Hülse 23 und der Stößel 22 die Kontaktfeder 11' und den Anschluss 13'.
  • Der Stößel 22 ist von einer Justierfeder 24 umgeben, die sich an dem Flansch der Hülse 23 und dem Federteller 20 abstützt.
  • Wird das Rohr-Stabsystem 8, 9 einer steigenden Temperatur ausgesetzt, so dehnt sich das Rohr 8 stärker als der Stab 9, wodurch sich die Eindringtiefe des Stabes 9 in das Gehäuse 10 vermindert und die Kontaktfeder 11 vom federbelasteten Auflager 21 nach oben gedrückt wird. Sobald die Kontaktfeder 11, deren Eigenspannungen sich dabei vermindern, ein bestimmtes Maß nach oben gedrückt wurde, springt diese um und es kommt zur Trennung der Kontakte 16, 14 und damit zu einer Unterbrechung des Strompfades vom Anschluss 13 zum Anschluss 131.
  • Gleichzeitig wandert aber auch der Stößel 22 nach oben, wodurch auch die Hülse 23 nach oben wandert und deren Flansch die Kontaktfeder 11' entsprechend deren Vorspannung ebenfalls nach oben wandern lässt und diese umspringt und deren Kontakt 14' in Kontakt mit dem festen Kontakt 16' kommt und der entsprechende Strompfad vom Anschluss 13' zum Anschluss 131' geschlossen wird.
  • Dabei kommt es im Betrieb zuerst zum Schließen des Strompfades vom Anschluss 13' zum Anschluss 131' und erst bei einer höheren Temperatur zum Öffnen des Strompfades vom Anschluss 13 zum Anschluss 131.
  • Bei einer Verminderung der Temperatur ergeben sich die umgekehrten Vorgänge.
  • Durch den Justagevorgang wird die Kontaktfeder 11 zwischen dem Stab 9 und dem Auflager 21, der dem kalten Zustand des Temperaturfiihlers entsprechenden Stellung, vorgespannt. Mit steigender Temperatur wandert der Stößel und damit die Kontaktfeder nach außen, die mechanische Beanspruchung der Kontaktfeder 11 nimmt ab. Gleichzeitig wird durch die Feder 19 sichergestellt, dass das Auflager 21 gegen die Kontaktfeder 11 gepresst wird und damit eine Wärmeleitung von der Kontaktfeder 11 weg stattfindet.
  • Insbesondere im Fall eines einfachen Kontaktsystems (siehe Fig. 4) die gegen den Stab 9 wirkende Feder 19 an einer nicht gehäusefesten Federtellervariante 25 abgestützt sein und über einen Federteller 20 auf das Auflager 21 einwirken.
  • Ein kritischer Punkt für die Schaltpunktgenauigkeit, sowohl des Hauptwärmekontaktsystems als auch des zweiten Kontaktsystems, z.B. für eine Heißanzeige, stellt die mechanische Übertragung des Stabs 9 auf die Kontaktfeder 11 und das Auflager 21 dar. Allgemein wird dies durch die wellenförmige Ausbildung der Kontaktfeder 11 erreicht. Dadurch wird eine Linien- oder Punktauflage zwischen Stab 9 und Kontaktfeder 11 bzw. Kontaktfeder 11 und
  • Auflager 21 und damit eine hohe Schaltpunktgenauigkeit erreicht, wobei die Punktauflage auch bei Verkippung des Stabes 9 keine negative Beeinflussung auf die Justierung bewirkt. Da die Kontaktfeder 11 zwischen dem von der Feder 19 vorgespannten Auflager 21 und dem Stab 9 eingespannt ist, muss die Übertragung oberhalb und unterhalb der Kontaktfeder stattfinden. Besondere Ausführungen hiezu sind in den Abbildungen 6 bis 9 dargestellt. Eine Punktauflage kann durch eine eingepresste Kugel 28 oder durch Druckpunkte 27 erzielt werden. Linienförmige Übertragung kann durch eine Doppelwellenform der Kontaktfeder 11 (siehe Fig. 8a, b) oder die Ausbildung als durchbrochene Welle (siehe Fig. 7 a bis c) erreicht werden, wobei im letzteren Fall zusätzlich auch ein passender Metallstab 26 eingeführt sein kann, der den Bereich des Wellenbugs (29) vor Verformung schützt.
  • Für einen Einkontaktregler ist es in einer bevorzugten Ausführungsfonn möglich, für die Funktionen des Stößels 22 und des Auflagers 21 einen einzigen Teil aus Keramik oder Metall zu verwenden.
  • Die zweite Kontaktfeder dient in der Regel lediglich zur Steuerung einer Signaleinrichtung, auch Heißanzeige genannt, z.B. einer Signallampe zur Anzeige, dass der Strahlungsheizkörper 1 bzw. die Kochfläche 6 eine Temperatur von z.B. 65°C überschreitet.

Claims (9)

  1. Temperaturfiihler für einen Strahlungsheizkörper (1), welcher Temperaturfühler (7) ein mit einem Gehäuse (10) eines Schalters (18) verbundenes als Rohr (8) gebildetes erstes Ausdehnungselement (8) aufweist, das mit einem als Stab (9) gebildetem weiteren Ausdehnungselement (9) im Bereich seines freien Endes (100) fest verbunden ist, wobei die beiden Ausdehnungselemente (8,9) verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, und der Schalter (18) mindestens eine gegen eine Stelle vorgespannte und einen Kontakt (14) tragende Kontaktfeder (11) aufweist und eines (9) der Ausdehnungselemente (8,9) von einer in dessen axialer Richtung wirkenden Feder (19) beaufschlagt ist, wobei auf eine Seite der Kontaktfeder (11) der Stab (9) und auf die andere Seite die Feder (19) in axialer Richtung des Stabes (9) wirkt, wobei die Feder (19) gegen den Stab (9) über ein Auflager (21) wirkt dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (11) als Schnappfeder ausgebildet ist.
  2. Temperaturfühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen den Stab (9) wirkende Feder (19) an einem gehäusefesten Widerlager (17) abgestützt ist und über einen Federteller (20) auf das Auflager (21) einwirkt.
  3. Temperaturfühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen den Stab (9) wirkende Feder (19) an einer mit dem Gehäuse (10) lösbar befestigten Federtellervariante (25) abgestützt ist und über den Federteller (20) auf das Auflager (21) einwirkt.
  4. Temperaturfiihler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zwei je einen Kontakt (14,14') tragende, als Schnappfedern ausgebildete Kontaktfedern (11, 11') vorgesehen sind und gegen je eine Stellung vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfeder (11') über einen an dem Auflager (21) and dessen von dem im Rohr (8) geführten Stab (9) abgekehrten Seite anliegenden Stößel (22) gesteuert ist, der diese durchsetzt und mit einem mit der zweiten Kontaktfeder (11') zusammenwirkenden Hülse (23) verbunden ist.
  5. Temperaturfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Bund der Hülse (23) eine Justierfeder (24) abgestützt ist, die weiters an dem Stößel (22) abgestützt ist.
  6. Temperaturfiihler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (21) und/oder der Stößel (22) aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere Keramik, hergestellt ist oder sind.
  7. Temperaturfühler nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (11) eine Linien-Auflage aufweist, wobei die Kontaktfeder (11) im Abschnitt zwischen dem Fühlerstab (9) und dem Auflager (21) vorzugsweise doppelwellenförmig oder als durchbrochene Welle mit Wellenbug (29) ausgeführt ist.
  8. Temperaturfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Wellenbuges (29) durch einen zusätzlichen passenden Metallstab (26) vor Verformungen geschützt wird.
  9. Temperaturfiihler nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (11) eine Punkt-Auflage aufweist, wobei die Kontaktfeder (11) im Abschnitt zwischen Fühlerstab (9) und Auflager (21) vorzugsweise eingeprägte Druckpunkte (27) oder eine eingepresste Kugel (28) aufweist.
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