DE1640197B2 - Bimetallschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bimetallschalter mit einem einen Schalterkontakt tragenden Bimetallstreifen, der einen ihn erwärmenden Heizwiderstand bogenförmig umgibt.

Bei einem aus der US-PS 25 20 906 bekannt gewordenen Bimetallschalter der vorgenannten Art muß dem gesamten Bimetallstreifen eine derart gebogene Form erteilt werden, daß er den Heizwiderstand fast vollständig umgreift Außerdem deformiert sich infolge der stärkeren Einwirkung der Wärme des Heizwiderstandes auf die innere Metallschicht des Bimetallstreifens der Bimetallstreifer, im Bereich des Heizwiderstandes derart, daß ein einwandfreier Wärmeübergang von dem Heizwidei stand auf den Bimetallstreifen nicht mehr zustandekommt und auch eine sichere Befestigung des Heizwiderstandes an dem Bimetallstreifen nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bimetallstreifen der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß er seine flache Gestalt im wesentlichen beibehält und eine Deformation des den Heizwiderstand umgebenden Bereichs des Bimetallstreifens vermieden wird, so daß weder der Wärmeübergang noch die Befestigung beeinträchtig wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß gemäß der Erfindung der Bimetallstreifen den Heizwiderstand mit mehreren bogenförmigen Teilen umgibt, die voneinander durch Schlitze getrennt sind und sich wechselweise nach oben und nach unten erstrecken, derart, daß die oberen und die unteren Metallschichten des Bimetallstreifens dem Heizwiderstand wechselweise zugewandt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung behält der den Heizwiderstand umgebende Bereich des Bimetallstreifens im wesentlichen seine Querschnittsgestalt bei, gleichgültig, ob der Heizwiderstand in oder außer Betrieb ist. Das hängt damit zusammen, daß jedes Bestreben der äußeren bogenförmigen Teile, sich weiter zu öffnen und sich von dem Heizwiderstand wegzuziehen, durch das Bestreben des mittleren bogenförmigen Teiles ausgeglichen wird, sich zu schließen und sich gegen den Hetzwiderstand zusammenzuziehen. Dieser Kräfteausgleich bringt es mit sich, daß die Gestalt des den Heizwiderstand umgebenden Bereiches des Bime

tallstreifens unverändert bleibt

Zweckmäßig ist die Fläche, mit welcher die obere Metallschicht des Bimetallstreifens dem Heizwiderstand zugewandt ist, etwa gleich der Fläche, mit der ihm die untere Metallschicht zugewandt ist

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher eriäutert Es zeigt

Fig. 1 einen Bimetallschalter in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 den Bimetallstreifen und den Heizwiderstand in perspektivischer Darstellung und

Fig.3 den Bimetallstreifen gemäß Fig.2 in einer Seitenansicht

Der Bimetallschalter 10 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 11, vorzugsweise aus verformbarem Kunststoff auf, das aus einem Unterteil 11a und einem Deckel lib besteht Bimetallstreifen 12 und 13, die sich unter dem Einfluß der Wärme verbiegen, sind an ihren Enden 14 und 15 durch die Isolierblöcke 16 im Abstand voneinander gehalten. Die aus den Isolierblöcken 16 und den Bimetallstreifen 12 und 13 bestehende Einheit ist am Gehäuseunterteil befestigt, wobei weitere Blöcke 17 dazu dienen, die Streifenenden gegenüber dem Gehäuseunterteil zu isolieren. Die Bimetallstreifen können sich innerhalb des Gehäuses entweder gemeinsam oder relativ zueinander unter dem Einfluß der Wärme frei bewegen. Sie tragen elektrische Kontakte 21 und 22, die sich gegeneinander anlegen können, um den Stromkreis über die Bimetallstreifen zu schließen, wenn der Schalter eingeschaltet ist. Die Kontakte können mit den Streifen durch Vernieten, Schweißen od. dgl. verbunden sein. Ein elektrischer Heizwiderstand 23 ist mit dem Bimetallstreifen 12 innig verbunden auf eine Weise, die unten im einzelnen beschrieben werden wird. Der elektrische Heizwiderstand dient dazu, dem Bimetallstreifen 12 zusätzliche Wärme zuzuführen, wenn erreicht werden soll, daß sich der Bimetallstreifen 12 mit Bezug auf den Bimetallstreifen 13 verbiegt.

Es ist wünschenswert, daß sich die Bimetallstreifen nicht relativ zueinander verbiegen, wenn von dem Heizwiderstand nicht zusätzliche Wärme zugeführt wird. Zu diesem Zweck bestehen die Bimetallstreifen aus Materialien mit ähnlichen Biegeeigenschaften und sind in dem Gehäuseunterteil 11a derart angeordnet, daß sie sich bei normalen Änderungen der Umgebungstemperatur in der gleichen Richtung um den gleichen Betrag durchbiegen. Der Kontakt 22 des Bimetallstreifens 13 befindet sich demgemäß auf der Oberfläche des Metalls, das einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, während der Kontakt 21 auf dem bimetallstreifen 12 sich auf der Oberfläche des Metalls befindet, das einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.

Der Schalter enthält weiterhin elektrische Leitungen zur Zuführung des Stromes über die Bimetallstreifen zu den Kontakten 21 und 22 und für die Zuführung des Stromes zu dem Heizwiderstand 23. Zu diesem Zweck sind an den Enden der Bimetallstreifen Lappen 24 und 25 vorgesehen, an welche die elektrischen Leitungen 26 und 27 angeschlossen sind. Von den gegenüberliegenden Enden des Heizwiderstandes 23 führen Leitungen 28 und 29 zu einer Klemmleiste 30 auf dem Schalter, von der die zur Stromquelle führenden Leitungen 31 und 32 ausgehen.

Der Bimetallschalter gemäß F i g. 1 arbeitet folgendermaßen: Die Leitungsschalter 33 und 34 sind offen, und es fließt kein Strom durch den Heizwider-

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stand 23 oder die Last 35. Die Kontakte 21 und 22 des Bimetallschalters sind geschlossen. Wenn der Leitungsschalter 33 geschlossen wird, fließt Strom über die Kontakte 21 und 22 und durch die Last 35. Wenn nunmehr der Wunsch besteht, bei geschlossenem Leitungsschalter 33 die Stromzuführung zu der Last 35 zu unterbrechen, wird der Leitungsschalter 34 geschlossen, so daß durch den Heizwiderstand 23 Strom fließt Der Heizwiderstand gibt seine Wärme in erster Linie an den Bimetallstreifen 12 ab. Dieser wird unter dem Einfluß des Heizwiderstandes schnell erwärmt und zwar in größerem Maße als der Streifen 13, so daß er den Kontakt 21 von dem Kontakt 22 weg bewegt, infolge der Verbiegung, die der Streifen 12 im Verhältnis zum Streifen 13 erfährt Zum öffnen und Schließen der Leitungsschalter 33 und 34 können beliebige von Hand oder selbsttätig wirkende Mittel verwendet werden. In gewissen Fällen, z.B. wenn ein periodischer Betrieb gewünscht wird, kann der Heizwide-stand in Reihe mit der Last geschaltet sein und von derselben Stromquelle versorgt werden wie diese.

Zum Verständnis dei· Grundlagen der vorbeschriebenen Anordnung mag folgende kurze Beschreibung des Ansprechens eines gekrümmten Teils eines Bimetallstreifens auf die Wärmezufuhr beitragen: Wenn das Metall mit einem verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten sich längs des inneren Radius des gekrümmten Teiles befindet und das Metall mit dem verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten längs des äußeren Radius angeordnrt ist, dann sind die Enden des gekrümmten Teiles bei der Zuführung von Wärme bestrebt, sich voneinander zu entfernen, und die Krümmung ist bestrebt sich einer ebenen Fläche anzunähern. Wenn dagegen die Metalle vertauscht sind, so daß das Metall mit einem verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten sich am inneren Radius des gekrümmten Teiles befindet, sind die Enden des gekrümmten Teiles bestrebt, sich gegenseitig zu nähern oder mit anderen Worten, die Krümmung wird unter dem Einfluß der Wärme stärker.

Die bevorzugte Ausführungsform eines Bimetallstreifens 12 wie sie im einzelnen in den Fig.2 und 3 dargestellt ist, besitzt eine obere Schicht 36 eines Metalls, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Metall besitzt, das die -jntere Schicht 37 des Bimetf:llstreifens bildet. In dem Bimetallstreifen 12 sind zwei parallele Schlitze 38 und 39 vorgesehen. Von dem Schlitz 38 bis zu der einen Seitenkante 41 des Streifens ist über der oberen Schicht 36 ein bogenförmiger Teil 40 hochgedrückt. Ein zweiter ähnlich gestalteter bogenförmiger Teil 42 bi zwischen den Schlitzen 38 und 39 nach unten über die untere Schicht 37 des Streifens herausgedrückt. Ein dritter bogenförmiger Teil 43, der dem ersten bogenförmigen Teil 40 gleicht, ist zwischen dem Schlitz 39 and der gegenüberliegenden Seitenkante 44 des Bimetallstreifens 12 ausgebildet. Diese aus dem Streifen geformten Teile bilden einen Kanal 45, der sich quer über den Streifen erstreckt und dessen Achse durch die Schlitze hindurchgeht Die Gestalt des Querschnittes des Kanals als Ganzes genommen kann als im allgemeinen kreisförmig bezeichnet werdea Der Abstand zwischen den beiden Schlitzen 38 und 39 ist annähernd gleich dem Abstand zwischen dem Schlitz 38 und der Seitenkante 44 plus dem Abstand zwischen dem Schlitz 39 und der Seitenkante 44, aus einem Grunde, der unten näher erläutert werden wird.

Der elektrische Heizwiderstand 23 in Gestalt eines geformten Massewiderstandes von etwa zylindrischer Gestalt ist dichtsitzend in dem Kanal 45 angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Bimetallstreifens 12. Der Heizwiderstand soll an einem optimalen Punkt der Länge des Bimetallstreifens angeordnet sein, um ein Maximum an Durchbiegung bei einer gegebenen Menge von zugeführter Wärme zu erzielen. Dieser optimale Punkt ist eine Funktion solcher Charakteristika wie Wärmeverlust an den Enden des Bimetallstreifens, Wärmeverluste an den Oberflächen und Gestalt des Bimetallstreifens. Bei dem gezeichneten Bimetallstreifen liegt dieser optimale Punk; etwa bei V₄ bis V₃ des Abstandes zwischen dem befestigten Ende 14 und dem freien Ende 18. Der Heizwiderstand 23 befindet sich in Flächenberührung mit der oberen Metallschicht 36 des Bimetallstreifens 12 in dem Bereich des mittleren bogenförmigen Teils 42 und in Flächenberührung mit der unteren Metallschicht 37 des Bimetallstreifens in dem Bereich des ersten und dritten bogenförmigen Teils 40 und 43.

Bei der vorgenannten Ausbildung behält der Kanal 45 im wesentlichen seine Querschnittsgestalt bei, gleichgültig, ob der Heizwiderstand in oder außer Betrieb ist. Das hat seinen Grund darin, daß jedes Bestreben der bogenförmigen Teile 40 und 43, sich weiter zu öffnen und sich von dem Heizwiderstand wegzuziehen (unter der Annahme, daß die untere Metallschicht 37 einen verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt) von dem Bestreben des mittleren bogenförmigen Teils 42 ausgeglichen wird, sich zu schließen und sich gegen den Heizwiderstand zusammenzuziehen. Die Wirkung dieses Kräfteausgleiches kann durch Vermehrung der Zahl der bogenförmigen Teile vergrößert werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß die bogenförmigen Teile eine Mindestbreite besitzen müssen, um nicht zu brechen.

Der Heizwiderstand 23 ist außen von einem Material umgeben, das elektrisch isolierend, jedoch wärmeleitend wirkt. Der Heizwiderstand kann dadurch in seiner Lage gehalten werden, daß er gegen die den Kanal 45 bildenden Flächen unter Reibung anliegt. Jedoch kann es in gewissen Fällen wünschenswert sein, einen wärmeleitenden Klebstoff zu verwenden, um den Widerstand in seiner Lage zu halten und den Wärmeübergang an den Berührungsflächen zu fördern. Wenn der Heizwiderstand nicht den gesamten Kanal ausfüllt, kann es zweckmäßig jein, in die nicht ausgefüllten Teile ein wärmeleitendes Material, z. B. Siliconfett, einzubringen, um einen guten Wärmeübergang zwischen dem Heizwiderstand und den den Kanal begrenzenden Flächen sicherzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Bimetallschalter mit einem einen Schalterkontakt tragenden Bimetallstreifen, der einen ihn S erwärmenden Heizwiderstand bogenförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen (12) den Heizwiderstand (23) mit mehreren bogenförmigen Teilen (40,42,43) umgibt, die voneinander durch Schlitze (38,39) getrennt sind '° und sich wechselweise nach oben und nach unten erstrecken derart, daß die oberen und die unteren Metallschichten (36, 37) des Bimetallstreifens (12) dem Heizwiderstand (23) wechselweise zugewandt sind. is

2. Bimetallschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche, mit welcher die obere Metallschicht (36) des Bimetallstreifens (12) dem Heizwiderstand (23) zugewandt ist, etwa gleich ist der Fläche, mit der ihm die untere Metallschicht (37) zugewandt ist