DE1440546B2 - Temperaturabhängiger Schalter für elektrische Heizgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schalter für elektrische Heizgeräte mit einem eine thermische Einrichtung auf einen Sollwert einstellbaren Glied und einer vom Heizstrom des Gerätes durchflossenen Bimetallanordnung, bestehend aus einem vom durchfließenden Strom nicht erwärmten, die Umgebungstemperatur kompensierenden Bimetall und einem in seinem Querschnitt so bemessenen Arbeitsbimetall, das vom durchfließenden Strom erwärmt wird und taktet.

Temperaturabhängige Schalter für obige Zwecke sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Es ist auch bekannt, solche Schalter mit mehreren hintereinandergeschalteten Bimetallen zu versehen, die den Schaltstrom führen und von denen das eine Bimetall der Kompensation der Umgebungstemperatur dient und im Querschnitt so bemessen ist, daß der durchfließende Strom keine Erwärmung dieses Bimetalls verursacht, während das andere Bimetall in seinem Querschnitt so bemessen ist, daß es von dem durchfließenden Strom erwärmt wird, taktet und dabei einen Kontakt betätigt. Diese bekannten Bimetallanordnungen benötigen jedoch verhältnismäßig viel Platz und lassen sich nicht ohne weiteres mit einer thermischen Einrichtung, wie beispielsweise einem Metallbalg, kombinieren, der mit einer Temperaturabfühleinrichtung verbunden und durch diese gesteuert ist.

Ein weiterer bekannter temperaturabhängiger Schalter mit einem Metallbalg als thermische Einrichtung und einem Bimetalltaster mit Hilf sbeheizung benötigt dagegen in nachteiliger Weise zwei Kontaktpaare.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, temperaturabhängige Schalter der eingangs bezeichneten Art weiter zu vereinfachen und deren gesamte Schaltanordnung platzsparender und kompakter auszubilden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die thermische Einrichtung in bekannter Weise einen Schaltarm betätigt, an dessen freiem beweglichem Ende die Bimetallanordnung befestigt ist und das Arbeitsbimetall an seinem freien Ende einen Kontakt trägt. Dadurch kommt man mit einem Kontaktpaar aus, und die Bimetallanordnung, die sowohl der Kompensation der Umgebungstemperatur als auch der taktmäßigen Schaltung des einen Kontaktes dient, benötigt nur einen minimalen Einbauplatz. Außerdem spart man hiermit die bei einigen Schalterausführungen erforderliche Hilfsbeheizung des Bimetalltakters. Die durch die Erfindung ermöglichte kompakte Ausführung des temperaturabhängigen Schalters vergrößert dessen Einsatzmöglichkeit beträchtlich.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines temperaturabhängigen Schalters gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Ansicht des Schalters der F i g. 1 von hinten ohne Rückwand und zeigt schematisch die Schaltungsanordnung;

F i g. 3 ist ein Schnitt längs der Linie ΓΠ-ΙΠ der Fig. 2 mit angebrachter Rückwand;

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Einzelteiles;

F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Einzelteiles.

Der erfindungsgemäße temperaturabhängige Schalter kann zur Steuerung der stromzuführenden Schaltungen von unterschiedlichen elektrischen Heizgeräten Anwendung finden. Insbesondere ist er zur Steuerung der Heizelemente eines elektrischen Kochherdes, z. B. des Flächenheizelementes und des Backofenheizelementes, verwendbar; zur Erläuterung wird der Schalter gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Kochplatte eines elektrischen Kochherdes beschrieben.

ίο Gemäß den F i g. 1 und 3 ist ein Schaltergehäuse 10 aus einem Isoliermaterial mit einem Vorderdeckel 12, der mit Schrauben 14 befestigt ist, und mit einer Rückwand 16 versehen, die von einer Ü-förmigen Halteklammer 18 festgehalten wird, deren Schenkel elastisch über die entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 10 überschnappen. Mit dem Gehäuse 10 besteht eine vertikale Innenwand 20 aus einem Stück, die zwischen dem Vorderdeckel 12 und der Rückwand 16 angeordnet ist und das Innere des Gehäuses 10 in eine Vorderkammer 22 und eine Hinterkammer 24 teilt.

Die hintere Außenfläche des Gehäuses 10 weist Vertiefungen auf und bietet dadurch eine Anbringungsmöglichkeit für zwei Anschlußklemmen 26 und 28 und zwei weitere am Gehäuse mit Schrauben 34 festgemachte Klemmen 30 und 32 für einen Stromkreis. Ein innerer Abschnitt 36 der Anschlußklemme 26 ist senkrecht in Richtung auf die Innenwand 20 umgebogen, während ein weiterer innerer Abschnitt 38 senkrecht von der Oberkante des ersten Abschnittes 36 ausgeht.

An dem Abschnitt 38 ist der eine Schenkel eines etwa L-förmigen Federgelenkgliedes 40 angenietet, während der andere Schenkel eine Stütze für eine stromführende Schaltarmanordnung 42 bildet. Diese Schaltarmanordnung 42 hat eine etwa Z-förmige Gestalt, die von einem im wesentlichen unbeweglichen, flachen, rechtwinkligen Schaltarm 44 gebildet wird, dessen eines Ende an dem anderen Schenkel des Federgelenkgliedes 40 angenietet ist; parallel zu dem Schaltarm 44 verläuft in einem gewissen Abstand ein Arbeitsbimetall 46, zwischen dem und dem Schaltarm 44 ein die Umgebungstemperatur kompensierendes Bimetall 48 einen verbindenden Streifen bildet.

Das verbindende Bimetall 48 ist ein flacher, rechtwinkliger Streifen, dessen Enden entgegengesetzt abgebogen sind, um getrennte, parallele Verbindungslappen zu bilden; der eine Lappen ist z. B. durch Punktschweißen an dem freien Ende des Schaltarms 44 festgemacht, während der andere in ähnlicher Weise an einem Befestigungsteil 50 des Arbeitsbimetalls 46 festgemacht ist. ^v

Der Teil 50 ist ein etwa rechtwinkliges Plättchen, dessen Breite abnimmt und das mit einem rechteckigen Streifen 52 vereinigt ist, dessen Breite vom Teil 50 aus abnimmt und in einem kreisrunden, bewegbaren Abschlußplättchen 54 endigt, das eine Stahlscheibe 56 und einen Kontakt 58 trägt.

Gemäß F i g. 4 ist die Klemme 30 mit einem L-förmigen Fortsatz 60 versehen, dessen einer Schenkel . senkrecht zur inneren Seite der Klemme 30 angeordnet ist und mit der Klemme aus einem Stück besteht, während der andere Schenkel neben der Innenwand 20 entlanggeführt ist. Ein Hufeisenmagnet 62 ist mit einer Schraube 64 einstellbar an dem L-förmigen Fortsatz 60 befestigt. Das geschlitzte Ende der

Schraube 64 ragt durch eine Öffnung in der senkrechten Innenwand 20 hindurch. Zwischen den Schenkeln des Hufeisenmagneten 62 sind ein ortsfester Kontakt 66 und eine gebogene Blattfeder 68 befestigt, die mit dem beweglichen Kontakt 58 zusammenwirken, damit ein elektrischer Stromkreis geöffnet oder geschlossen werden kann. Beim Öffnen und Schließen wird durch das Zusammenwirken der Stahlscheibe 56 mit dem Magneten 62 eine Schnappbewegung hervorgerufen.

Die Anschlußklemme 28 besteht mit einem Schaltarm 70 aus einem Stück, der in der hinteren Kammer 24 etwa parallel zur Schaltarmanordnung 42 verläuft. Der Arm 70 ist ein länglicher Streifen, der an seinem

vom Balg betätigten Stiftes 98 wird dieser in Richtung auf den Schaltarm 44 oder von diesem weg zu dessen Bewegung betätigt.

Ein Betätigungsteil 116 ist gelenkig an der Innenwand des Deckels 12 angebracht; dieser enthält einen Mitnehmer 118 und einen vorspringenden Ansatz 120, der sich über dem freiliegenden. Ende des Stößel 76 befindet. Eine Schraubenfeder 122 um-

einem elektrischen Heizelement, z. B. einer Heizspirale 108, erzeugte Temperatur abfühlt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Schalter auf der Platte 110 eines elektrischen Herdes 5 montiert, die mit einer Bezugsmarke 112 versehen ist. Auf der Hohlspindel 88 ist eine Einstellscheibe 114 montiert, die mit Temperatureinstellmarken versehen ist, die mit der Bezugsmarke 112 zusammenwirken.

ο Der Metallbalg 96, die Kapillarrohre 104 und der Temperaturfühler 106 bilden ein geschlossenes System, das mit einer ausdehnungsfähigen Flüssigkeit gefüllt ist, so daß bei einer Temperaturänderung, die vom Fühler 106 abgefühlt wird, eine entsprechende

freien Ende einen Kontakt trägt und am anderen 15 Zusammenziehung oder Ausdehnung des Balges 96 Ende neben der Anschlußklemme 28 eine umgewen- erfolgt. Durch eine entsprechende Bewegung des dete Schleife 72 bildet; die Schleife 72 verleiht dem
Schaltarm 70 eine Eigenfederung oder Vorspannung,
die das freie Ende normalerweise in die Schließstellung des Kontaktes zu bringen sucht. Der Kontakt 20
am Arm 70 wirkt mit einem ortsfesten Kontakt auf
dem inneren Ende der Klemme 32 zusammen. An
dem einen Rand des Schaltarms 70 ist ein Ansatz
74 ausgebildet, über den der Schaltarm mit Hilfe
eines Druckstößels 76 in die geöffnete Stellung der 25 gibt das freiliegende Ende des Stößels 76 und liegt Kontakte gebracht wird; dieser Druckstößel ist glei- gegen den Ansatz 120 an, um den Betätigungsteil 116 tend in einer Bohrung in der Innenwand 20 geführt normalerweise von dem Stößel 76 wegzudrücken und und ragt durch eine entsprechende Öffnung im seinen Mitnehmer 118 in Eingriff mit einer scheiben-Deckel 12 nach außen, artigen Führung 124 in Berührung zu bringen, die

Ein im allgemeinen U-förmiger, der Befestigung 30 auf der Hohlspindel 88 zu gemeinsamer Drehung mit des Schalters dienender Bügel 78 ist mit seiner dieser angebracht ist. Die Führung 124 weist einen Grundfläche außen auf dem Deckel 12 z. B. mit aus ihrem Umfang vorspingenden Anschlag 126 auf, Nieten befestigt; seine Schenkel sind senkrecht nach der die Grenzen für die Drehung der Hohlspindel 88 außen gebogen und bilden Befestigungslappen 80 und der Einstellscheibe 114 festlegt. Neben dem An- und 82. Der mittlere Teil des Bügels 78 ist ein halb- 35 schlag 126 ist die Führung 124 vergrößert und einkreisförmiger Ring, der teilweise eine Öffnung 83 im geschnitten, so daß eine Erhöhung 127 bzw. eine Deckel 12 umgibt. Durch den Ringteil am Bügel 78 Aufnahmestelle 128 entsteht, die die stärkste Steigung läuft eine zylindrische Buchse 84 mit einem inneren der Führung 124 bilden. Die Führung 124 wird von Linksgewinde hindurch, die durch Verschweißen am einer Blattfeder 129 in Berührung mit der Buchse 84 Deckel 12 befestigt ist. Das innere Ende der Buchse 4° gehalten. Die entgegengesetzten Enden der Blattfeder 84 hat einen geringeren Durchmesser und wird von sind an den Befestigungslappen 80 und 82 befestigt, einer Deckelöffnung 83 aufgenommen. während ein als Lager geformter Mittelabschnitt

Eine Welle 86 zur Einstellung der Temperatur be- gegen die scheibenförmige Führung 124 drückt, steht aus einer äußeren Hohlspindel 88 und einer Wenn sich die Einstellscheibe 114 in der »Aus«-

inneren Nabe 90, die zur gemeinsamen Drehung mit- 45 Stellung befindet, sitzt der Mitnehmer 118 an der einander verbunden sind. Zur Anbringung in der Aufnahmestelle 128 und bewirkt, daß der Betäti-Bohrung der Buchse 84 weist die Nabe 90 ein äußeres gungsteil 116 gegen die Spannung der Schrauben-Linksgewinde auf, und sie ist neben ihrem äußeren feder 122 bewegt wird und dabei den Stößel 76 ab-Ende mit einer zentralen Gewindebohrung und neben wärts drückt. In dieser abwärts gedrückten Lage ihrem inneren Ende mit einer glatten Aufbohrung 50 bringt der Stößel 76 den Ansatz 74 und den Schaltversehen, die mit der Gewindebohrung in Verbin- arm 70 aus der Kontakt-Schließstellung heraus, so dung steht. Eine Einstellschraube 92 ist verstellbar daß der Strom durch den Schalter unterbrochen wird, in der Gewindebohrung der Nabe 90 angeordnet und Um den Schalter in Betrieb zu setzen, wird die

greift an einer Einstellwelle 94 an. Einstellscheibe 114 im Uhrzeigersinn auf die ge-

Die Einstellwelle 94 besteht mit einem rückwär- 55 wünschte Temperaturmarke, z. B. auf 65° C (150° F) tigen Gehäuseteil eines zusammenziehbaren und aus- gedreht, wie in F i g. 1 zu sehen ist. Die gleichzeitige dehnbaren Metallbalges 96 aus einem Stück, der an Drehung der Führung 124 hebt den Druck auf den sich dem Fachmann geläufig ist. Der Metallbalg 96 Stößel 76 auf, so daß sich der Schaltarm 70 in seine enthält einen Betätigungsstift 98, der innerhalb einer normalerweise geschlossene Stellung bewegen kann, öffnung in der vertikalen Innenwand 20 angeordnet 60 Durch eine solche Drehung wird außerdem eine ist und einen Betätigungsknopf 100 berührt, der aus axiale Bewegung der Nabe 90 innerhalb der mit Geeinem Isoliermaterial hergestellt und fest am Schalt- winde versehenen Buchse 84 bewirkt; wegen des arm 44 angebracht ist. Eine konische Spiralfeder 102 Linksgewindes erfolgt die axiale Bewegung der Nabe ist unter Druck zwischen einer Vertiefung in der 90 aus der Buchse heraus, also nach links gemäß vertikalen Innenwand20 und dem Metallbalg 96 an- 65 Fig. 3, wodurch eine Bewegung des gesamten Megeordnet. Mit dem Inneren des Metallbalges 96 steht tallbalges 96 unter der Kraft der Spiralfeder eine Kapillarrohre 104 in Verbindung, deren anderes nach außen bewirkt wird. Ende einen Temperaturfühler 106 trägt, der die von Der Betätigungsstift 98 ist nun gegenüber dem Be-

tätigungsknopf 100 um einen gewissen Abstand versetzt, so daß dazwischen ein Spalt bleibt. Der Schaltarm 44 befindet sich nun in seiner normalen Betriebsstellung; da die thermische Einrichtung mit den Bimetallelementen infolge einer Eigenerwärmung jedoch nicht ausgebogen ist, ist der Kontakt 58 gegen den ortsfesten Kontakt 66 gelegt. Bei einer derartigen Einstellung kann ein elektrischer Stromkreis für die Heizspirale 108 wie folgt verlaufen: Von der Netzleitung Ll aus über die Anschlußklemme 26, das Federgelenkglied 40, den Schaltarm 44, das die Umgebungstemperatur kompensierende Bimetall 48, das Arbeitsbimetall 46, den Kontakt 58, den Kontakt 66, die Klemme 30, die Heizspirale 108, die Klemme 32, den Schaltann 70 und über die Anschlußklemme 28 zur Netzleitung L 2.

Wenn der Strom durch die beiden Bimetalle 48 und 46 fließt, hat das Arbeitsbimetall 46 die Neigung, sich von dem ortsfesten Kontakt 66 infolge seiner Eigenerwärmung abzubiegen; das die Umgebungstemperatur kompensierende Bimetall 48 hat dagegen die Neigung, sich in Richtung auf den ortsfesten Kontakt 66 zu bewegen. Da jedoch die Querschnittsfläche des Arbeitsbimetalls 46 annähernd halb so groß wie die des die Umgebungstemperatur kompensierenden Bimetalls 48 ist, ist seine Eigenerwärmung doppelt so groß wie die des kompensierenden Bimetalls 48; die nutzbare Ablenkung erfolgt daher in einer Richtung, in der sich die Kontakte 58 und 66 öffnen. Durch eine passende Wahl der Bimetalle kann dieser Betrag der Ablenkung gleich einem gewissen Anteil der axialen Versetzung des Metallbalges 96 infolge der thermostatischen Wirkung gemacht werden.

Zum Beispiel ist die nutzbare Ablenkung des Arbeitsbimetalls 46 und des die Umgebungstemperatur kompensierenden Bimetalls 48 gleich einer Bewegung des Metallbalges 96, die 10° C (50° F) entspricht. Der Spalt, der den Betätigungsstift 98 und den isolierenden Knopf 100 trennt, entspricht einer Bewegung von 38° C (100° F) des Balges 96, die den Betätigungsstift 98 in Berührung mit dem isolierenden Knopf 100 bringt. Auf diese Weise nimmt die Schaltarmanordnung 42 so lange keine Kontaktöffnungsbewegung vor, bis sich die Temperatur auf 10° C (50° F) der eingestellten Temperatur genähert hat und das Arbeitsbimetall 46 in die Stellung bewegt wird, in der es den Kontakt taktet. Bei einer solchen Anordnung findet während dieser anfänglichen Bewegung keine taktförmige Bewegung des Arbeitsbimetalls 46 statt, da die Ablenkung der Bimetalle 46 und 48 zu gering ist, um den Kontakt 58 vom ortsfesten Kontakt 66 zu trennen.

Sobald die vom Fühler 106 abgefühlte Temperatur über 38° C (100° F) hinausgeht, bewirkt die Ausdehnung des Metallbalges 96 eine Bewegung des Schaltarms 44 nach rechts um sein Federgelenkglied 40, wie in F i g. 3 zu sehen ist. Bei einer solchen Bewegung wird das Arbeitsbimetall 46 in eine taktförmige Bewegungen ausführende Lage gebracht, wo

3. Temperaturabhängiger Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm (44) und die Bimetallanordnung (46, 48) Z-förmig angeordnet sind.

4. .Temperaturabhängiger Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Befestigungsstelle für die Bimetallanordnung (48, 46) entgegengesetzte Ende des Schaltarmes (44) federnd nachgiebig (40) an einer Anschlußklemme (26) des Schalters befestigt ist und daß die thermische Einrichtung (86, 96, 98) etwa in der Mitte des Schaltarmes (44) angreift.

bei der Kontakt 58 zum ersten Mal vom ortsfesten Kontakt 66 getrennt wird. Nach dieser ersten öffnung kühlt sich das Arbeitsbimetall schnell ab, da es nicht mehr vom Strom erwärmt wird, so daß sich die Kontakte 58 und 66 schließen; der durch das Bimetall hindurchgehende Strom bewirkt dann eine erneute Erwärmung, worauf sich der ganze Arbeitszyklus wiederholt. Wenn die vom Fühler 106 abgefühlte Temperatur sich der gewünschten Einstellung

ίο von 65° C (150⁰F) nähert, wird die Einschaltzeit des Schalters verringert, da der Metallbalg 96 ebenfalls ausgedehnt ist und den Schalter abzuschalten sucht. Wenn die Temperatureinstellung von 65° C (150° F) erreicht ist, arbeitet das Arbeitsbimetall 46 in der Weise, daß nur ein geringer Strom zugeführt wird, der zur Aufrechterhaltung der abgefühlten Temperatur bei der gewünschten Temperatureinstellung notwendig ist.

Die Vorheizung auf 10° C (50° F) ist eine will-

kürliche Zahl und kann entsprechend der speziellen Umgebung und besonderen Anlagen abgeändert werden.

Claims (2)

Patentansprüche: *

1. Temperaturabhängiger Schalter für elektrische Heizgeräte mit einem eine thermische Einrichtung auf einen Sollwert einstellbaren Glied und einer vom Heizstrom des Gerätes durchflossenen Bimetallanordnung, bestehend aus einem vom durchfließenden Strom nicht erwärmten, die Umgebungstemperatur kompensierenden Bimetall und einem in seinem Querschnitt so bemessenen Arbeitsbimetall, das vom durchfließenden Strom erwärmt wird und taktet, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Einrichtung (86, 96) in bekannter Weise einen Schaltarm (44) betätigt, an dessen freiem beweglichem Ende die Bimetallanordnung (46, 48) befestigt ist und das Arbeitsbimetall an seinem freien Ende einen Kontakt (58) trägt.

2. Temperaturabhängiger Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit

dem Kontakt (58) zusammenwirkende ortsfeste C'.i Kontakt (66) am Gehäuse angeordnet ist und in bekannter Weise über einen Magneten (62) die Schnappwirkung für die Kontakte hervorgerufen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen