DE1590760A1 - Thermoschalter - Google Patents

Description

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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17.10.1966

Ü.S.Ser.No. 504,822

!Oexas Instruments Incorporated, Dallas, Sexas, U.S.A.

Thermoschalter

Die Erfindung bezieht sich auf Thermoschalter mit einem Schaltergestell, das ein erstes und ein zweites, an äußere elektrische Leitungen anschlieSbares Anschlußglied aufweist, die bei vorbestimmten Temperaturen elektrisch miteinander durch ein am Schaltergestell angeordnetes Thermoglied verbindbar oder trennbar sind, das mit dem ersten Anschlußglied elektrisch verbunden ist und über einen Eontakt mit dem zweiten AnschluSglied zusammenwirkt.

Bei der Konstruktion und der Herstellung von mit Schnappwirkung arbeitenden Thermoschaltern oder thermostaten ist es erforderlich, jeden einzelnen (Thermostaten für einen bestimmten Temperaturbereich auszulegen. Nachdem der Thermostat zusammengebaut ist, 1st es notwendig, ihn zu kalibrieren, um so sicherzustellen, daß er innerhalb des gewünschten Bereiches arbeitet. Das Kalibrieren der einzelnen Torrichtungen ist nicht nur mit einem erheblichen

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Zeitverlust verbunden, sondern trägt auch zu den Herstellungskosten des Schalters bei. Wenn der Schalter zusammengebaut ist und nicht innerhalb des gewünschten Bereiches kalibriert werden kann, muß die ganze Baugruppe weggeworfen werden« da das mit Sohnappwirkung arbeitende Bimetallscnaltglied üblicherweise an einem Halter, insbesondere irgendeinem Seil des Schaltergehäuses angeschweißt ist. Ss wäre deshalb vorteilhaft, wenn bei mit Schnappwirkung arbeitenden thermostatischen !Schaltern eine Kalibrierung nicht notwendig ware bzw. bei diesen die Bimetallelemente einfach ausgetauscht werden können, um eine Änderung des Arbeitsbereiches des Schalters vorzunehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Thermoschalter zu schaffen, der nicht kalibriert zu werden braucht. Biese Aufgabe wird bei den eingangs erwähnten Ihermoschaltern gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Theraoglied mit dem ersten Anschlußglied lediglich über eine ohm* ache Übergangsstelle verbunden ist. Durch diese Konstruktion wird eine feste Verbindung des Shermogliedes mit einem Sräger und daher praktisch jede erhebliche Änderung der Charakteristik des Ihermogliedes vermieden*

Sin weiterer Vorteil der Erfindimg besteht darin, daß die !Dhe*- moglieder ohne weiteres und ohne Änderung eines Schalterteils entfernt und ausgetauscht werden können, falls beispielsweise der Ansprechbereich des Schalters geändert werden soll.

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Der erfindungsgeaässe Schalter ist dabei in der Punktion euverläseig and kann leicht hergestellt «erden, da er ferner aue einer minimalen Anzahl von Teilen besteht.

Ferner ist gemäee der Erfindung der thermostatisch^ Schalter kompakt and klein und kann eo innerhalb der zu schützenden Einrichtung eingebaut werden, dass er dort gegen Überhöhte Ströme und gegen Überhitzung einen Schutz gewährt-

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungebeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig.1 eine sohaublldliche, auseinandergezogene Ansicht des Schalters gemäss der Erfindung zur Darstellung der

einzelnen Schalterteile,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Schalter, um die

relative Lage der verschiedenen zusammengebauten Teile zu erläutern*

Fig.3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 der Pig.2, Pig.4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig.2.

Eingangs sei erwähnt, dass die Grundelemente des Schalters in Fig.l auseinandergezogen und in Pig.2 zusammengebaut au sehen sind. Der Schalter hat ein Gehäuse mit einer

Basis 3 nnä einem Oberteil 2, die beide beispielßv;eise aus einem entsprechend geformten Kunststoff ;der auch aus

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Bakelit gebildet sein können. Das Thermoglied, das beispielsweise eine mit Schnappwirkung arbeitende Bimetallplatte sein kann, ist als Ganzes mit 4 bezeichnet und weist awei oder mehr miteinander verbundene lietallschichten auf, die einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten haben. Das Thermoglied 4 stellt einen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Anschlusselementen her, die in der Basis angeordnet sind und auf die weiter unten eingegangen wird ο

Die Basis 3 des Schalters ist so geformt, dass die verschiedenen Teile eingepasst werden können. Beispielsweise ist eine quaderförmige Ausnehmung 18 an ihrer Innenfläche so angeordnet, dass ein prismatisch geformtes Lagerteil 10 eines ersten Anschlussglieds/in diese Ausnehmung passt= An benachbarten Ecken der Basis 3 ist ein._; Ausschnitt 15 czw, 16 vorgesehen, dia zur Aufnahme von nach aussen ragenden Anschluasstücken dienen. Ferner ist in der Basis ein Anschlagstift 17 vorgesehen, der die Abwärtsbewegung dee Thermogliedes 4 begrenzt. An allen Ecken der Basis ist .je ein Loch 14 angebracht, die mit entsprechenden löchern des Oberteils 2 fluchten, um so die Befestigung des Oberteils an der Baeis durch Schrauben oder Nieten zu ermöglichen.

::^::.i als SEnzes irit 2

.nzes ir.it 2 bezeichnetes erstes Anschlussglied

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hat viele Funktionen ausser der Anschlussfunktion und besitzt einen Anschlussstreifenj-^der sich durch den Ausschnitt 16 der Basis 3 hindurch nach aussen erstreckt, um so einen Anschluss an den Schalter zu "bilden, An den Anschlussstreifen 8 schliesst sich hintereinander eine Reihe von Leiterstücken 9, 9a und 9b an^ die Ms zum Lagerstück 10 reichen und mit diesem in elektrischer Verbindung sind, derart dass die Leiterstücke 9, 9a und 9h eine Widerstandsstreeke ergeben,, die als Widerstand seleiaent verwendet werden kann« Auf den Zweck derselben wird weiter unten eingegangen,,

Das in die Ausnehmung 18 der Basis passende Lagerstück 10 ergibt eine ferbindung zum 2hermoglied 4. Die andere Verbindung sum Thermoglied wird durch den Anschlussstreifen 11, das Kontaktstück 12 und die Trägerplatte 13 gebildet, die zusammen das zweite Anschlussgliad bilden* Die Trägerplatte 13 passt in die in lig.l rechte Seite der Basis 3» wobei sich der Anschlusastreifen 11 durch dan Querschnitt 15 hindurch und aus diesem heraus erstreckt. Das Kontaktstück 12 ist auf der Trägerplatte 13 befestigt und wirkt mit einem Kontakt des Thermogliedes 4 zusammen.

Das Thermoglied 4 weist drei Teile auf_y.nämlich: eine Bimetallplatte 4a, einen Zylinderstift 6 und einen Kontakt 5, Die Birastallplatte ist üblicherweise mit einem der AnsciUussglieder innerhalb des Schalters lest verbunden. Im

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Gegensatz hierzu ist bei der vorliegenden Erfindung eine Art Gelenkverbindung vorgesehen« Zu diesem Zweck greift der am !Thermoglied 4 angeordnete Zylinderstift 6 in das Lagerstück 10 des Anschlussglieds 7 ein. Das Lagerstück 10 und der Zylinderstift δ sind so ausgelegt, dass der Zylinderstift 6 in das Lagerstück passt und dort frei drehbar ist, so dass sich das l'hermoglied 4 verschwenken und bei Erwärmung eine freie Bewegung durchführen kann. Wenn der Schalter in geschlossener Stellung ist und die Temperatur der Umgebung dea Schalters eine bestimmte, sur Betätigung des Thermogliedes notwendige Höhe nicht überschreitet, so ruht der Zylinder stift β in dem Lagerstück 10, und der Kontakt 5 ist elektrisch mit dem Kontaktstück 12 verbunden.

Das in Fig.l und 2 dargestellte Oberteil 2 passt über die Ansohlusavorrichtungen und das Theraoglied. Semäss Fig.2 hat das Oberteil 2 an der Innenseite eins Stufe 19, die nach unten auf das Thermoglied 4 drückt und so den Zylinderstift S im Lagerstück: 10 hält, ^obei das Lagerstück 10 so aufgebogen ist, dass es et^aa über den Anschlussstreifen 8 hinausragt. Auf diese Weise wird eine Aufwärtsfederkraft gegen das Thermoglied 4 ausgeübt. Da dia Stufe 19 nach unten drückt» ist der Zylinderstift in gutem elektrischem Kontakt mit dem Lagerstüclc 10. Da jedoch der Zylinöerstift β im Lagerstück IO in Art eines Scharniers drehbar

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ist, bo ergibt die über die Stufe 19 nach unten durch das Lagerstück 10 nach oben ausgeübte Kraft keine Behinderung der gewünschten Bewegung des Thermogliedes 4«

Pig.3 und 4 zeigen Schnitte durch den Zylinderstift 6 und den Kontakt 5» um die Lage bestimmter Teile bei geschlossenem Schalter zu feeigen. Fig.3 erläutert das Eingreifen des Lagerstücks 10 in die Ausnehmung 18 und Fig.4 die Halterung der Trägerplatte 13 durch das Oberteil 2, wobei das Kontaktstück 12 so angeordnet wird, dass es mit dem Kontakt 5 zusammenwirkt, wenn der Schalter in geschlossener Lage ist.

Die Wirkungsweise des Schalters hängt von den Merkmalen des Thermogliedes 4 ab, das aus einer Platte hergestellt ist, die zwei oder mehr Metallschichten mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass die Änderung

der Temperatur eine ungleiche Ausdehnung oder Zusammenziehung benachbarter Schichten verursacht. Die Platte ist so geiormt, dass sie ein napfartiges oder nicht abwickelbares Teilstück

hat, das über eine Stirnfläche der Platte vorsteht. In dem dargestellten Ausführun^sbeispiel hat die untere Metallschicht M1 einen höheren Ausdehnungskoefrisianten als die obere ?<~etaHsehieht M2. Wenn das Tnarmoglieö. 4 so geformt und kci:t"truiert ist, ao entsteht bei Erhöhung der !Temperatur

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durch die ungleiche Ausdehnung der Metalle eine Spannung, die die Wölbung so lange abzuflachen vereuoht, bis bei einer vorbestimmten Temperatur ein plötzliches Wölben des nicht abwickelbaren Teils in der entgegengesetzten Richtung eintritt, d.h. eine Umkehrung der P©rm, die eo lange aufrechterhalten wird, bis die Temperatur sich erheb* lieh abgesenkt hat. Wenn danach eine vorbestimmte, wesentlich niedrigere Temperatur erreicht ist, so kehrt das Thers-Oglied plötzlich in seine ursprüngliche form zurück. Beide Bewegungen zur Umkehrung der Wölbung sind ausserordentlieh plötzlich und rasch und werden duroh die Ausdehnung und Zusammenziehung der Metallschichten M1 und M2 hervorgerufen, aus denen das Thermoglied besteht«

Das rasohe Unterbrechen des Thermogliedes 4 kann verwendet werden, um elektrische Stromkreise zu öffnen oder zu schliessen. Wenn beispielsweise die Strombahn von Anschluss-Streifen 8 über die Leiterstüoke 9, 9a und 9b_f das Lagerstück 10, den Zylinderstift 6, das Thermoglied 4 und.dessen Kontakt 5, das Kontaktstück 12, die Trägerplatte 13 zum Anschlussstreifen 11 geschlossen ist, so kann mit Hilfe des Schalters ein elektrischer Stromkreis an Spannung gelegt werden. Solange das Thermoglied 4 geschlossen ist, sind die Kontakte 5 und 12 in Berührung, so dass Strom in irgend einer Richtung durch den Schalter flieset. Wenn jedoch die

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Temperatur der Umgebung des Schalters über einen bestimmten Punkt ansteigt, so kehrt das Thermoglied 4 seine Kurvenform um, so dass der Kontakt 5 sich vom Kontaktstück 12 trennt und der Schalter geöffnet wird. Wenn das Thermoglied 4 seine Kurvenform umkehrt, so trifft es auf den Anschlagstift 17, der dabei mithilft, den Kontakt 5 vom Kontaktstück 12 im Abstand zu halten. Durch die freie Drehbarkeit des Zylinderstiftes 6 kann das Thermoglied 4 den Kontakt nach oben bewegen.

Der durch die leiterstücke 9, 9a und 9b fliessende Strom erwärmt diesen Bereich innerhalb der umhüllung und unterstutzt dabei eine Temperaturerhöhung des Thermogliedes 4 bis oberhalb des ümschnappunktes. Auf diese Weise kann der Schalter nicht nur auf Strom sondern auch auf Wärme ansprechbar hergestellt werden. Die Wärme dient ferner dazu, die Abschält zeit zu verlängern, so dass" sich ein Motor oder eine andere Einrichtung, in der der Schalter installiert ist, ausreichend abkühlt~da eine erhebliche Ifecbeilung' zwischen der Temperatur in der Einrichtung und am Thermoglied 4 vorhanden ist*

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist das drehbare Zusammenwirken des Zylinderstiftes 6 mit dem lagerstück 1O₀

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Duron die Verwendung einer solchen Verbindung wird die zeitraubende und teure Kalibrierung des Schalters eliminiert. Der Grund hierfür ist folgender: jedes einzelne bimetallische Therraoglied, beispielsweise das Thermoglied 4» hat eine sogenannte freie ümsohnapptemperatur. Dies ist die Temperatur, bei der das Thermoglied sich von einer form in die andere ändert und aus dieser wieder zurückkehrt, wenn die Platte an keinem sonstigen Konstruktionsteil befestigt ist. Wenn normalerweise Bimetallplatten an eine» Gestell oder einem anderen Teil eines Schalters angeschweisst oder sonstwie befestigt werden, so wird die Temperatur, bei der die plötzliche Kurvenänderung eintritt, infolge des Verbundes eines Teiles der Platte mit einem starren Halter verändert. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch das bimetallisohe Thermoglied 4 in seiner Bewegung und Drehung im Lagerstück 10 frei, so dass die freie ümschnapptemperatur im wesentlichen unverändert bleibt. Die freie ümschnapptemperatur des Thermogliedes 4 mit seinem Kontakt 5, der frei auf der Oberfläche des Kontaktstückes 12 gleiten kann, wobei das andere Ende am Zylinderstift 6 drehbar gelagert ist, ist im wesentlichen die Temperatur, bei der der Schalter tatsächlich arbeitet. Damit kann irgendeine Bimetallplatte im Sohalter verwendet werden, die die gewünschten Arbeitemerkmale aufweist. Die Bimetallplatte kann dann ausgetauscht werden, falls der Arbeitsbereich des Schalters geändert

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«erden soll. Die Kalibrierung besteht im wesentlichen also darin, dass in das Gehäuse eine Bimetallplatte mit einer freien ümsohnapptemperatur eingesetzt wird, die derjenigen des gewünschten Arbeitsbereiches des Schalters entspricht·

Da die Bimetallplatte in ihrer Lage nicht durch Sohweissen gehalten ist, kann der Schalter in einfacher Weise zusammengebaut werden, wobei vorgefertigte Teile lediglich in ein Gehäuse eingebaut werden müssen, das anschliessend abgedichtet wird.

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Claims (16)

17*10.1966 Patentansprüche

1. Thermoschalter mit einem Schaltergeeteil, dae ein erstes und ein zweites» an äußere elektrische Leitungen anschließbares Anschlußglied aufweist, die bei vorbestimmten Temperaturen elektrisch miteinander durch ein am Sohaltergeetell angeordnetes Thermoglied verbindbar oder trennbar sind, das nit dem ersten Anschlußglied elektrisch verbunden' ist und über einen Kontakt mit dem zweiten AnsohluSglied zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Xhermoglied (4) Bit dem er-* sten Anschlußglied (7) lediglieh über eine ohm'sche Übergangestelle (6, 10) verbunden 1st.

2. Thermoschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Xhermoglied (4) in einem vorzugsweise zweiteiligen Gehäuse untergebracht ist, das eine Basis (3) und ein Oberteil (2) aufweist.

3. Thermoschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ohm*sehe Übergangsstelle als Schwenkverbindung (6, 10) ausgebildet ist.

4· Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ohm'sche Übergangsstelle in Art eines Gelenkes (6, 10) ausgebildet ist·

5. Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Anschlußglied (7) ein lagerstück (10) in Art einer Lagerschale aufweist, in die ein am Thermoglied (4) angeordnetes Drehstück (6) eingreift·

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6. Thermoschalter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerstück (10) eine prismatische Ausnehmung hat.

7. Thermoschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehstück als Zylinderstift (6) ausgebildet ist.

8. Thermoschalter nach einem der Ansprüche 5 - 7» dadurch gekennzeichnet, daB das erste Anschlußglied (7) einen Anschlußstreifen (8) aufweist, aus dessen Ebene das Lagerstück (10) nach oben herausgebogen ist und so federnd auf das Drehstück (6) wirkt.

9. Thermoschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußstreifen (8) und dem Lagerstück (10) ein Heizelement (9, 9a, 9b) angeordnet ist.

10. Thermoschalter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Anzahl, von Leiterstücken (9, 9a, 9b) aufweist, die um das Lagerstück (10) herum angeordnet sind und vorzugsweise mit dem Anschlußstreifen (8) einstückig sind.

11. Thermoschalter nach einem der Ansprüche 5 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ihermoglied (4) an einem Ende das Dreiistück (6) und am anderen Ende einen Kontakt (5) trägt.

12« Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (3) Ausnehmungen (15·· 16, 18) zur Aufnahme mindestens von Seilen der Anschlußglieder (7; 11» 12, 13), beispielsweise des Lagerstückea (10), aufweist*

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13· Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da» durch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (2, 3) so ineinandergreifen, daß die Anschlußglieder (7; 11, 12, 13) und/oder das Thenaoglied (4) durch entsprechende Innenflächen der Gehäuaeteile (2, 3) gehalten sind.

14. !Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (2) eine gewölbte Ausnehmung und einen in die Basis passenden Bund aufweist.

15. Thermoschalter nach einem der Ansprüche 5 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß- das Gehäuseoberteil (2) eine Stufe (19) aufweist, die auf das Shermoglied (4) ung&fähr gegenüber dem Drehstück (6) drückt.

16. thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anschlußglied eine Trägerplatte (13) aufweist, die einen Anschlußstreifen (11) hat und ein Kontaktstück (12) trägt.

17· Thermoschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoglied eins Bimetallschnapplatte (4) ist.

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