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Thermische Schaltvorrichtung, insbesondere für Steuerungen
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einen Betätigungsknopf trägt oder tragen kann, enthält, sowie einen Gisithebei, der drehbar auf einer parallel mit der Drehachse der Bimetallstreifen verlaufenden Achse angeordnet ist und eine'5tiltze tr'igt, Jie so ausgestaltet ist, dass sie mit dem freien Ende des andern Bimetallstreifens im Eingriff steht, um so die Einstellung des Reglers in Übereinstimmung mit der Stellung der Welle zu bringen.
Demgegenüberwerden n ; m nach der Erfindung thermische Schaltvorrichtunger. -insbesondere für Steue- rungen- der eingangs beschriebenen Art derart vorteilhaft ausgebildet, dass die Bimetall-Kompensations- vorrichtung ; deren anderes Ende im Gestell der Schalt- bzw. Steuervorrichtung geführt ist, aus mehreren bei gleicher Temperaturerhöhung gleiche Durchbiegung wie das Steuerbimetall erfahrenden-Kompensationsbimetallen aufgebaut ist, die in ihrer Gesamtheit einer. grösseren Biegewiderstand besitzen als das Steuerbimetall.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungcgemässsn thermischen Schalt- vorrichtung im Mittelschnitt dargestellt : weiters zeigen Fig. 2 einen Teil dieser Vorrichtung in Draufsicht ; Fig. 3 das Heizelement für das Steuerbimetall -vergrössert ; sowie schliesslich Fig. 4 und 5 den Anschluss
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der Fig. 4.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Gehäusewand der thermischen Schaltvorrichrung gemäss der Erfindung, in der eine Welle 2 fest angebracht ist. Drehbar auf dieser Welle 2 ist ein Isolierkörper 3 angeordnet, der eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, und in dem das eine Ende eines Ste aerbimetalles 4 sitzt.
Letzteres ist fest mit einem Heizelement 5 verbunden. Das freie Ende des Steuerbimetalles 4 trägt einen Stift 6. Ferner ist ein 11m die Welle 2 schwenkbarer Schwenkhebel 7 vorgesehen, dessen freies Ende mit dem Stift 6 und damit mit dem Steuerbimetall 4 verbunden ist. In einer Öffnung 8 des Schwenkhebels 7 ist das eine Ende einer Zugfeder 9 eingehängt, deren anderes Ende an einen Stift 10 eines Steuerhebels 11 angreift, welch letzterer einen seitlichen Fortsatz 15 aufweist. Der Steuerhebel 11 ist um zwei, in der Gehäusewand l und in einer nicht gezeigten, der ersten gegenüberliegenden Gehäusewand gelagerten Wellen 12 schwenkbar angeordnet. Die Schwenkbewegungen dis Steuerhebels 11 sind durch Anschläge 13,14 begrenzt. Der Fortsatz 15 des Steuerhebels 11 (s.
Fig. 1 und 2), der zur Betätigung einer nicht dargestellten Umschaltvorrichtung dient, ragt durch eine Öffnung 16 der Gehäusewand 1 aus der Steuereinrichtung heraus. Der Steuerhebel 11 weist ferner einen Schlitz 17 (s. Fig. 2) auf, der zur Aufnahme bzw. zum Durchgang der Zugfeder 9 dient. Am Isolierkörper 3 ist das eine Ende eines Kompensationsbimetallpaketes 18 befestigt, dessen anderes Ende durch eine Öffnung 19 im abgewinkelten Teil 20 des Gehäusebodens 21 mit wenig Spiel geführt ist. Die einzelnen Bimetalle des Kompensationsbimetallpaketes 18 sind gleich gestaltet wie das Steuerbimetall 4. Der Gehäuseboden 21 weist eine Aussparung 31 für ein Spezialwerkzeug auf, mit dem der Gehäuseboden 21 zwecks Justierung des Kompensationsbimetallpaketes 18 verbogenwerden kann.
Am Gehäuseboden 21 ist ferner ein, aus Isolierstoff bestehender Klemmenhorper22 undeinDeckel23 angeordnet. In dem Klemmenkörper 22- sitzen Lötösen 24, die mit einer Heizwicklung 25 (s. Fig. 3) des Heizelementes 5 durch zwei Stromleiter 26 leitend verbunden sind. Die Heizwicklung 25 besteht aus sehr dünnem, oxydierte Chrom-Nickeldraht, da sie direkt an das 220 V-Netz angeschlossen wird. Sie istauf einem Wicklungsträger 27 angebracht, der aus einigen flachgepressten Windungen von wasserabstossendem Isolierpapier besteht, las Temperaturen bis zu 2000 C aushalten kann, ohne dabei Schaden zu leiden.
Dieses Isolierpapier hat ferner die Eigenschaft, dass es bei Erwärmung erweicht, ohne dass dabei sein Zusammenhang verlorengeht. Hiezu eignet sich ein aus feinen Asbestfasern und Siliconlack hergestelltes Isolierpapier. Ein derartiges Isolierpapier weist auch eine hohe Durchschlagfestigkeit auf, was fiir den vorgesehenen Zweck günstig ist. Nach dem Anbringen der Heizwicklung wird das Heizelement 5, bestehend aus Wicklungsträger 27 und Heizwicklung 25, zur Aussenisolation zuerst mit Siliconlack getränkt, der sich zwischen den Windungen der Heizwicklung 25 mit dem Wicklungsträger 27 verbindet, und nachher mit einigen, in der Zeichnung nicht dargestellten Windungen Isolierpapier, vorzugsweise von derselben Art, wie die für den Wicklungsträger 27 verwendete, umwickelt.
Das fertige Heizelement 5 wird darauf unter Anwendung von Druck in einem Ofen ausgehärtet.
Die aus versilbertem Kupfer bestehenden, flachen und dünnen Stromleiter 26 liegen im Innern des Wicklungsträgers2' ! und sind in Aussparungen 28,29 desselben mit den Enden der Heizwicklung 25 verbunden. Da zu dieser Verbindung Weichlöten wegen des Oxydmaterials der Heizwicklung nicht möglich ist und Hartlöten die Isolation zerstören würde, während Punktschweissen für die dünne Heizwicklung wegen der Schmelzgefahr ebenfalls nicht in Frage kommt, ist die Heizwicklung 25 durch eine Quetschverbindung mit den Stromleitern 26 verbunden. Diese Quetschverbindung (Fig. 4 und 5) wird durch ein U-
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pressen dringt der verhältnismässig harte Heizdraht in das weichere Material des Klemmenstückes 30 ein. und es ergeben sich dadurch mehrere Kontaktstellen.
Eine solche Verbindung weist gegenüber derjenigen, die nur durch Wickeln der Heizwicklung über die blankgelegten Stellen der Stromleiter eriolgt, den Vorteil auf, dass siekeine variablen Übergangswiderstände aufweist, sondern eine dauerhafte Kontaktgabe gewährleistet.
In unbeheiztem Zustand der thermischen Steuereinrichtung wird der Steuerhebel 11 von der Zugfeder 9 in einer solchen Lage gehalten, dass er gegen den Anschlag 13 anliegt. Wird jetzt nach Empfang eines Steuerbefehls, z. B. über einen Fernsteuerempfänger oder von einer Schaltuhr. das Heizelement 5 an Spannung gelegt, so erwärmt letzteres das Steuerbimetall 4, und dieses biegt sich nach unten durch. Sobald sich nun das linke Ende der Zugfeder 9 soweit gesenkt hat. dass ihre Achse in die Ebene des Steuerhebels 11 zu liegen kommt, kippt letzterer gegen den Anschlag 14 um, wobei der Fortsatz 15 die beabsichtigte Umschaltung vornimmt. In dieser Lage verharrt der Steuerhebel 11 so lange. wiedie BeheizungdesSteuerbimetalles 4 andauert.
Wird die Beheizung unterbrochen, so kippt der Steuerhebel 11 nach einer gewissen Zeit wieder schlagartig in seine Ausgangslage zurück und bewirkt dabei eine Umschaltung in entgegengesetztem Sinne.
Wird die thermische Steuereinrichtung durch äussere Einflüsse erwärmt oder gekühlt, so dass eine nicht gewollte Durchbiegung des Steuerbimetalles entsteht, werden die gleichgestalteten Kompensationsbimetalle 18 ebenso stark erwärmt oder gekühlt und biegen sich um den gleichen Betrag und in gleichem Rich-
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talle 18 eine solche Drehung des Isolierkörpers 3, dass die unerwünschte Durchbiegung des Steuerbimetalles 4 kompensiert wird und daher ohne Wirkung auf denSchwenkhebel 7 und den Steuerhebel 11 bleibt.
Das eine Ende des Kompensationsbimetallpaketes bewegt sich dabei in der Führung 19, so dass es während der Durchbiegung nicht auf Druck belastet wird, was dann der Fall wäre, wenn es im abgewinkelten Teil 20 fest eingesetzt wäre. Die Temperaturkompensation ist hiebei über ein weites Gebiet wirksam, beispielsweise von mindestens -100 bis +500 C.
Durch die vorgesehene Anordnung mehrerer Kompensationsbimetalle in einem Paket 18 an Stelle eines einfachen Kompensationsbimetalles ergibt sich der Vorteil, dass bei einwandfreier Kompensation der Raumtemperatur, der vom freien Ende des Steuerbimetalles 4 zum Umlegen des Steuerhebels 11 zurückzulegende Weg verhältnismässig klein ausfällt, was auch eine entsprechend kurze Einschaltzeit zur Folge hat.
Die Kraft, die vom Steuerbimetall 4 beim Umlegen des Steuerhebels 11, z. B. auf den Anschlag 14, aufgewendet werden muss, übt nämlich auf den Isolierkörper 3 ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment aus, durch welches das freie Ende des Steuerbimetalles 4 wieder nach oben zurückbewegt wird, so dass der effektiv zurückgelegte Weg herabgesetzt wird. Weil aber das Widerstandsmoment gegen Biegung des Kompensationsbimetallpaketes 18 gegenüber einem einzelnen Kompensationsbimetall vergrössert ist, wird das Kompensationsbimetallpaket 18 durch das vom Isolierkörper 3 ausgeübte Drehmoment nur um einen entsprechend kleineren Betrag nach unten bewegt.
Dadurch dreht sich auch der Isolierkörper 3 ebenfalls nur um einen entsprechend kleineren Betrag im Uhrzeigersinn, und die Folge ist, dass der vom freien Ende des Steuerbimetalles zurückzulegende Weg ebenfalls klein ausfällt.
Durch die Anordnung von mehreren Kompensationsbimetallen wird die kompensierende Wirkung bei Änderungen der Raumtemperatur nicht beeinträchtigt, da die Durchbiegung des Kompensationsbimetallpaketes 18 wegen der gleichenDimensionierung gleich gross ist, wie diejenige des Steuerbimetalles 4. Die Kompensationsbimetalle 18 wirken dabei der Durchbiegung des Steuerbimetalles 4 nicht entgegen, da die Kompensation der Raumtemperatur hiebei wegmässig und kräftemässig erfolgt, wie bei der im Anfang beschriebenen bekannten Ausführung.
Bei der letzteren Ausführung würde bei der Anordnung von mehreren Kompensationsbimetallen die von den letzteren ausgeübte und der Durchbiegung des Steuerbimetalles entgegenwirkende Kraft entsprechend grösser werden und somit eine grössere Heizleistung erforderlich sein.
Überdies ist durch die Ausbildung der Kompensationseinrichtung als Bimetallpaket die Wärmekapazität derselben entsprechend gross, so dass der ungünstige Wärmeeinfluss des Heizelementes 5 auf die Kompensationsbimetalle 18 sich nur wenig auf die Schaltzeit auswirken kann. Es ergibt sich daher der weitere Vorteil, dass die Kompensation über ein weites Temperaturgebiet voll wirksam ist. Demzufolge kann auch aus diesem Grunde der vom freien Ende des Steuerbimetalles 4, für das Umlegen des Steuerhebels 11 zu- rückzulegende Weg sehr klein gehalten werden, ohne befürchten zu müssen, dass hiedurch bei starken Schwankungen derRaumtemperatur eine unbeabsichtigte Umschaltung erfolgt.
Infolge der oben beschrie- benen Herabsetzung des vom freien Ende des Steuerbimetalles 4 zurückzulegenden Weges ist die für den Umschaltvorgang erforderliche Arbeit entsprechend klein. Überdies ist die für die Durchbiegung des Heizelementes selbst erforderliche Arbeit dadurch klein gehalten, dass das beim Heizelement verwendete Iso-
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lierpapier bei Erwärmung erweicht und wegen seiner hohen Durchschlagfestigkeit so dünn gehalten werden kann, dass seine Biegesteifigkeit vernachlässigbar klein ausfällt. Die hohe Duichschlagfestigkeit der Aussenisolation des Heizelementes gestattet auch, dieselbe verhältnismässig dann zu halten, was den Vorteil hat, dass zwischen Heizelement und Steuerbimetall eine gute Wärmeübertragung stattfindet.
Es konnte bei einer Versuchsausführung festgestellt werden, dass die Wärmeabgabe des Heizelementes an das Steuerbimetall grösser ist als diejenige an die Luft.
Die erwähnten Massnahmen ergeben zusammen eine starke Herabsetzung der erforderlichen Heizlei- stung, was mit Rücksicht auf den Energieverbrauch insbesondere dann wichtig ist, wenn die thermische Steuereinrichtung während längerer Zeit an das Netz angeschlossen bleiben muss. Durch die Verwendung von sehr dünnen, flachen Stromleitern 26, die in der oben beschriebenen Welse in Aussparungen 28,29 des Wicklungsträgers 27 mit der Heizwicklung 25 verbunden sind, ergibt sich weiter die Möglichkeit, das Heizelement sehr flach zu bauen ; durch ihre Anordnung im Innern des Wicklungsträgers wird ferner eine grosse Durchschlagfestigkeit dieser Stromleiter gegen Masse erzielt.
Die beschriebene thermische Steuereinrichtung weist ferner den Vorteil auf, dass sie direkt an das 220 V-Netz angeschlossen werden kann, ohne Zwischenschaltung von Spannungstransformatoren oder Vorschaltwiderständen. Überdies ist die Durchschlagfestigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende der Heizwicklung und zwischen dieser und Masse sehr hoch und beträgt für die Heizwicklung gegen Masse, beispielsweise bei einer thermischen Steuereinrich-
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16 kV.
Die beschriebene thermische Steuereinrichtung eignet sich besonders zur Tarifumschaltung bei Mehr- fachtarifzählem, weil hiebei oft das Schaltbimetall während längerer Zeit geheizt werden muss, um den betreffenden Tarif beizubehalten, und es somit geboten ist, den Energieverbrauch für das Heizelement möglichst niedrig zu halten. Sie kann aber z. B. auch direkt als Schalter bzw. Umschalter für einen fernzusteuernden, elektrischen Stromkreis verwendet werden. In einem solchen Falle werden die Anschlüsse einerseits an die Welle 12 und anderseits an die Anschläge 13, 14 angebracht. Der Steuerhebel muss dann aus elektrisch leitendem Material hergestellt und von den andern, elektrisch leitenden Teilen der thermischen Steuereinrichtung, wie z. B. der Feder 9, isoliert werden.
Es ist ebenfalls möglich, den Steuerhebel 11 als Bedienungsorgan für einen kleinen, über den Fortsatz 15 gesteuerten elektrischen Schalter vorzusehen.