DE19801258C2 - Temperaturabhängiges Magnetschnappsystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein temperaturabhängiges Magnetschnappsystem vorgeschlagen, bei dem die Positionen eines Bimetalles (4) durch die Anziehungskraft eines Dauermagneten (7) und durch die jeweils auf das Bimetall (4) einwirkende Raumtemperatur bestimmt sind. Das Bimetall (4) ist derart mit einer Kontaktfeder (5) mechanisch verbunden, daß es die Kontaktfeder (5) quer zu ihrer Längsrichtung entweder in eine erste elektrische Kontaktstellung oder in eine zweite elektrische Kontaktstellung verlagert. Der Dauermagnet (7) ist mit einer Befestigungsseite (7') unmittelbar auf dem Bimetall (4') angebracht, und mit seiner zur Befestigungsseite entgegengesetzt liegenden Seite (7'') sich in einem Abstand (a) von einem Anschlag (8) aus einem ferromagnetischen Material befindet, der an einer Montageplatte (2) befestigt ist, und wobei der Anschlag (8) eine Verstelleinrichtung (14) zur Einstellung des Abstandes (a) umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein temperaturabhängiges Magnet­ schnappsystem, bei dem die Positionen eines Bimetalles durch die Anziehungskraft eines Dauermagneten und durch die je­ weils auf das Bimetall einwirkende Raumtemperatur bestimmt sind.

Derartige Magnetschnappsysteme werden bevorzugt bei Raumtemperaturreglern für bimetallgesteuerte Zweipunkt­ regelung eingesetzt. Unter dem o. g. Begriff der Schnappwir­ kung wird eine sprunghafte Lageveränderung der Kontaktfeder von einer in die andere Kontaktstellung verstanden. Ein solches Magnetschnappsystem ist aus DE 44 45 928 A1 bekannt. Dabei ist an dem freien Ende des streifenförmig ausgebilde­ ten Bimetalles ein aus Ferrometall bestehender Arm ange­ bracht. In einem gewissen Abstand von einer Seitenfläche dieses Armes ist der Dauermagnet vorgesehen, während das freie Ende dieses Armes über einem Mitnehmer mit der Kon­ taktfeder in mechanischer Mitnahmeverbindung steht. Die Größe des Abstandes zwischen dem Arm und dem Dauermagneten ist durch eine Kurvenscheibe veränderbar, welche auf den Bimetallstreifen einwirkt. Dieses Magnetschnappsystem hat sich zwar funktionell bewährt. Nachteilig ist der hiermit verbundene, relativ große Raumbedarf, und daß viele Einzel­ bauteile vorgesehen sind, die nicht nur zur Vergrößerung des Raumbedarfes beitragen, sondern auch die Herstellungskosten erhöhen.

Aus DE 296 17 781 U1 ist ein Magnetschalter bekannt, dessen Dauermagnet, ebenso wie beim Gegenstand von DE 44 45 928 A1, auf der Grundplatte des zugehörigen Gehäuses befestigt ist. In der Schrift DE 29 61 7781 U1 wird als Aufgabe angegeben, einen Magneten für einen Schalter zu schaffen, der bei extrem kleinen Abmessungen eine sehr große Betätigungskraft aufzubringen imstande ist, und der außerdem sehr einfach im Gehäuse gelagert werden kann. Hierzu ist eine Ausgestaltung des Dauermagneten derart vorgesehen, daß an der Anlagefläche des zugehörigen Ankers sowohl ein Nord- als auch ein Südpol ausgebildet sind. Dies ist in zweifacher Hinsicht nachtei­ lig. Zum einen ist die Herstellung solcher Magneten entspre­ chend teuer. Zum anderen muß bei der Montage genau darauf geachtet werden, daß der Dauermagnet seitengerecht montiert wird. Ferner ist nachteilig, daß in einer weiteren Ausfüh­ rung von DE 296 17 781 U1 am Dauermagneten unmittelbar an ihn angeformte Vorsprünge vorgesehen werden müssen, welche in Ausnehmungen der Schaltplatine eingesteckt und gegebenen­ falls verklebt werden. Auch dies erhöht die Fertigungsko­ sten. Im übrigen bestehen im wesentlichen die gleichen Nachteile wie zu DE 44 45 928 A1 geschildert.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 30 246 ist ein Thermostat mit einem Kontaktträger bekannt, der in zwei Schaltstellung magnetisch gehalten ist. Diese Anordnung ist konstruktiv sehr aufwendig, indem zwei Permanentmagnete und zwei dazugehörige Paare von Anschlägen bzw. festen Kontakten vorgesehen sind. Sowohl die Anschläge als die Kontakte müssen verstellbar sein.

Aus DE 40 19 488 A1 kennt man einen Temperaturschalter, bei dem folgende Bauelemente zur Erzielung der angestrebten Schaltwirkung zusammenarbeiten müssen. Ein Thermo-Bimetall­ streifen, der innen einen als Dauermagneten ausgebildeten Eisenkörper trägt, ein verschwenkbarer Schaltarm, der eben­ falls einen Eisenkörper trägt und schließlich der zu betäti­ gende Kontaktträger. Außerdem muß noch eine Druckfeder Vorgesehen sein, welche den Schaltarm in seine Offenstellung vorspannt. Auch dies ist konstruktiv sehr aufwendig. Die vorgesehene Einstellung des Schaltpunktes durch Verschwenken eines Haltewinkel dürfte nicht die hier erforderliche Genauigkeit erreichen.

Aus DE-197 29 920 A1 ist ein Schaltmagnet für einen temperatur­ abhängigen Schalter, insbesondere Raumtemperaturregler bekannt bei dem ein Dauermagnet mittels unmittelbar an ihm angeformter Vorsprünge in Ausnehmungen einer Schaltplatine nach Art einer Presspassung gesteckt und gegebenenfalls verklebt ist. Dies ist, besonders unter Berücksichtigung der Kleinheit solcher Bauteile, für die Herstellung sowohl des Dauermagneten als auch der Ausnehmung und die Montage fertigungstechnisch schwierig und damit kostenaufwendig.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber darin, die gleiche vorteilhafte Schnappfunktion und Betätigungskraft der vorbekannten Magnetschalter mit einer Anordnung zu erreichen, die demgegenüber einen gerin­ geren Raumbedarf hat und weniger Baukomponenten benötigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Magnetschnappsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.

Es wird durch die Verkleinerung des Raumbedarfes des Magneten in Verbindung mit seiner Anbringung am Bimetall ein extrem kleines Schnappsystem geschaffen, dessen magnetische Betätigungs­ kraft aber den Betätigungskräften der vorbekannten Anordnun­ gen entspricht. Aufgrund der sehr kleinen Masse des Magneten kann er ohne Behinderung bzw. Verlangsamung der federnden Bewegung des Bimetalles auf diesem angebracht werden. Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem eingangs erläuterten Stand der Technik gemäß DE 44 45 928 A1, bei dem der Dauermagnet stets vom Bimetall räumlich entkoppelt am Gehäuse angebracht ist. Dies ergibt nicht nur einen größeren Raumbedarf, sondern bedingt, daß das Bimetall immer mit einer ferromagnetischen Platte bzw. Arm verlängert werden muß, um mit dem separat vom Bimetall an der Grundplatte des Gehäuses angebrachten Magneten zusammenwirken zu können, wobei das streifenförmige Bimetall sich von einer Befesti­ gung an einem Verstellhebel zu einem Mittelabschnitt er­ streckt, an dem der Dauermagnet befestigt ist und daß sich am Ende dieses Mittelabschnittes ein Arm befindet, der zum Mittelabschnitt abgewinkelt ist und in einer mechanischen Wirkverbindung mit der Kontaktfeder steht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der z. T. schematischen Zeichnung zu entnehmen. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das geöffnete Gehäuse eines Temperaturreglers, der nach der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht eines hier etwa quadratischen Gehäuses 1 mit einer Grundplatte 3 und einem Rand 3'. Der zugehörige Deckel ist nicht dargestellt.

Auf einer im Gehäuse vorgesehenen Montageplatte 2 ist mit­ tels eines Verstellhebels 16 ein elastischer Bimetallstrei­ fen 4 gemäß Ziffer 15 angebracht. Die im Querschnitt band­ förmige Ausbildung des Bimetalls ist der Ziffer 4' in Fig. 2 zu entnehmen. Das Bimetall 4 führt gemäß Ziffer 4' in Fig. 1 betrachtet nach oben, um in einem Arm 4" zu enden, der gegenüber dem Bereich 4' des Bimetalls um etwa 90° abgewin­ kelt ist. Dieser Arm 4" ist auf Mitnahme mit der elektri­ schen Kontaktfeder 5 verbunden. In dieser bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung ist das Bimetall 4, beginnend mit seiner Befestigung 15 am Verstellhebel 16 über den Bereich 4' bis zum äußeren Ende des Armes 4" in sich einstückig. Es ist also nur ein in sich einteiliger Bimetallstreifen not­ wendig, auf welchen der Dauermagnet aufgeklebt werden kann. Entsprechend der jeweils vorhandenen Temperatur verschwenken sich die Bereiche 4' und 4" in der Pfeilrichtung 6 nach links oder rechts (bezogen auf die Darstellung in Fig. 1).

Der Dauermagnet 7 ist sehr klein, in diesem Beispiel plätt­ chenförmig ausgebildet und besteht aus einem Material, das bei relativ geringem Volumen eine sehr hohe magnetische Zugkraft ergibt. Dies kann in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung Kobalt-Samarium sein. Der Dauermagnet 7 ist (siehe Fig. 2) mit seiner einen großflächigen Seite 7' an den Bereich 4' des Bimetalles angebracht, während seine gegenüberliegende bzw. von ihm abgewandte großflächige Seite 7" sich in einem geringen Abstand a von einem noch näher zu beschreibenden Anschlag 8 befindet. Die vorgenannte Anbrin­ gung des Dauermagneten 7 kann durch Einfügen in eine ent­ sprechend geformte, im Bimetall vorgesehene Vertiefung erfolgen. Der Dauermagnet kann, z. B. durch eine Verklebung, in der Vertiefung fixiert werden. Die Dauermagnetisierung dieses Magneten ist derart beschaffen, daß die Seite 7' den einen Pol, z. B. den Nordpol, und die andere Seite 7" den anderen Pol, z. B. Südpol, aufweist. Somit muß bei der Mon­ tage bzw. in der Fabrikation nicht darauf geachtet werden, welche Polarität des Magneten zur Anlage an das Bimetall kommt, da dies für das erzielte Ergebnis gleichgültig ist. Die vorstehend beschriebene Anordnung zeichnet sich durch einen sehr geringen Platzbedarf aus, da kein gesonderter Raumbedarf für die Unterbringung des Magneten erforderlich ist. Auch kann der nachstehend erläuterte Anschlag 8 in dem sowieso vorhandenen Raum oberhalb des Verstellhebels 16 plaziert werden.

Nachstehend wird ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Ausgestaltung der Kontaktfeder und deren unterschiedlichen Kontaktstellungen erläutert. Diese Ausfüh­ rung ist auch in der Zeichnung dargestellt. Die Funktion und die unterschiedlichen Stellungen der mittels des Bimetalles 4', 4" in Pfeilrichtung 9 (siehe Fig. 1) hin und her schwenkbaren elastischen und gleitenden Kontaktfeder 5 ist dabei näher der schematischen und im vergrößerten Maßstab gezeichneten Darstellung der Fig. 2 zu entnehmen. Ein Heiz­ kontakt 10 und ein Kühlkontakt 11 sind jeweils an der Monta­ geplatte 2 befestigt. Sie werden je nach Position der Kon­ taktfeder 5 entweder mit deren Gegenheizkontakt 10' oder Gegenkühlkontakt 11' elektrisch verbunden. Dabei entspricht eine Kontaktgabe zwischen den Kontakten 10 und 10' der eingangs genannten ersten elektrischen Kontaktstellung "Heizen". Ferner entspricht die Lage der Kontaktfeder 5, in der eine Kontaktgabe zwischen den Kontakten 11' und 11 erfolgt einer zweiten elektrischen Kontaktstellung der Kontaktfeder, und zwar in der Alternative "Kühlen ein". Das andere Ende der Kontaktfeder 5 ist mit einem Anschluß 12 des Steuerkreises verbunden.

Die Schaltung ist in diesem Beispiel derart getroffen, daß die Steuerung auf "Heizung" steht, wenn die Kontakte 10, 10' Kontakt miteinander haben, wobei sich der Magnet 7 ganz nahe zu dem ferromagnetischen Anschlag 8 befindet, der Spalt a zwischen Magnet und Anschlag also sehr klein ist. Bei stei­ gender Temperatur hat der Bimetallabschnitt 4' das Betreben, sich in der Darstellung gemäß Fig. 1, 2 nach links zu bewe­ gen. Er wird hieran aber zunächst durch die Magnetkraft zwischen dem Dauermagneten 7 und dem Anschlag 8 gehindert. Bei noch weiter steigender Temperatur ist aber die im Bime­ tall entstehende Abbiegekraft größer als die Haltekraft der Magnetverbindung 7, 8. Die Magnethaltekraft wird überwunden und der Bimetallabschnitt 4' wird sprungartig (schnappend) nach links bewegt. Er nimmt hierbei über den Arm 4" die Kontaktfeder 5 mit nach links, bis deren Kontakt 11' zur Anlage an den Kühlkontakt 11 kommt. Zugleich wurde die Kontaktverbindung 10, 10' schlagartig unterbrochen und damit die Heizung abgestellt. Die elektrische Kontaktgabe zwischen den Kontakten 11 und 11' bewirkt das Zuschalten einer Küh­ lung, beispielsweise eines Ventilators, der warme Luft aus dem betreffenden Raum heraus und/oder kühle Luft in diesen einbläst. Kühlt der Raum sich entsprechend ab, so hat dies auf den Bimetallabschnitt 4' eine Biegekraft nach rechts (immer bezogen auf die Darstellung) zur Folge. Mit dieser Bewegung des Bimetallabschnittes 4' nach rechts wird der Abstand a zwischen dem Dauermagneten 7 und dem Anschlag 8 verringert, bis die Magnetkraft so groß wird, daß sprung­ artig (schnappend) die Heizstellung wieder erreicht ist. Diese Heizstellung ist durch das Anliegen des Kontaktes 10' an dem gehäusefesten Kontakt 10 definiert.

In einer vereinfachten Ausführung kann in der zweiten Kon­ taktstellung auf die Zuschaltung einer Kühlung, d. h. auf die Kontakte 11', 11 verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt nur bei entsprechender Untertemperatur die Zuschaltung der Heizung durch die Kontaktgabe zwischen den Kontakten 10 und 10' (erste elektrische Kontaktstellung), die bei entspre­ chender Erwärmung des Raumes und damit des Bimetalles für eine gewisse Zeit unterbrochen wird. Während dieser Zeit befindet sich die Kontaktfeder 5 in der Position der zweiten Kontaktstellung "Heizung aus", in der keine der o. g. elek­ trischen Kontakte miteinander verbunden sind (in der Zeich­ nung nicht dargestellt).

Die Umfangsfläche 8' des Anschlages 8 hat zu dessen Längs­ mittelachse 13 einen Verlauf, der von der Kreisform ab­ weicht. Sie verläuft also zu ihrer Längsmittelachse exzen­ trisch. Somit ist es möglich, durch Verdrehen des Anschlages 8 um seine Längsmittelachse 13 den Abstand a zu vergrößern oder zu verkleinern. Hiermit kann die Schalttemperaturdiffe­ renz eingestellt werden, welche gleich der maximalen Tempe­ raturdifferenz zwischen "Heizung" und "Kühlung" ist.

Es ist somit eine sehr einfache Justage durch den Anschlag 8 gegeben, der an seinem Umfang als Kurvenbolzen oder Exzenter ausgebildet und auf der Montageplatte (Leiterplatte) 2 um seine Achse 13 drehbar ist. Die Verdrehung erfolgt durch Eingriff eines Werkzeuges in einen Innensechskant 14. Hier­ mit kann in der Fabrik die Justage von oben her erfolgen. Dies ist wesentlich einfacher als von der Seite her, d. h. in Richtung der Ebene der Montageplatte 2. Die Steigung der Außenfläche dieses Kurvenbolzens bzw. der Versatz des o. g. Exzenters kann so ausgelegt sein, daß eine sehr feinfühlige Justage möglich ist.

Der o. g. Anschlag 8 besteht aus einem ferromagnetischen Material. Er kann als Fließpreßteil ausgebildet sein. Dies erlaubt eine sehr genaue Toleranz der Exzentrizität seiner Außenfläche. Hierzu ist insbesondere ein Weicheisenmaterial geeignet.

Claims (9)

1. Temperaturabhängiges Magnetschnappsystem, bei dem die Positionen eines Bimetalles (4) durch die Anziehungs­ kraft eines Dauermagneten (7) und durch die jeweils auf das Bimetall (4) einwirkende Raumtemperatur bestimmt sind, wobei das Bimetall (4) derart mit einer Kontaktfe­ der (5) mechanisch verbunden ist, daß es die Kontaktfe­ der (5) quer zu ihrer Längsrichtung entweder in eine erste elektrische Kontaktstellung oder in eine zweite elektrische Kontaktstellung verlagert, wobei der Dauer­ magnet (7) mit einer Befestigungsseite (7') unmittelbar auf dem Bimetall (4') angebracht ist, und mit seiner zur Befestigungsseite entgegengesetzt liegenden Seite (7") sich in einem Abstand (a) von einem Anschlag (8) aus einem ferromagnetischen Material befindet, der an einer Montageplatte (2) befestigt ist, und wobei der Anschlag (8) eine Verstelleinrichtung (14) zur Einstellung des Abstandes (a) umfaßt.

2. Magnetschnappsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das streifenförmige Bimetall (4, 4') sich von einer Befestigung (15) an einem Verstellhebel (16) zu einem Mittelabschnitt (4') erstreckt, an dem der Dauer­ magnet (7) befestigt ist und daß sich am Ende dieses Mittelabschnittes ein Arm (4") befindet, der zum Mittel­ abschnitt abgewinkelt ist und in einer mechanischen Wirkverbindung mit der Kontaktfeder (5) steht.

3. Magnetschnappsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Metall (4, 4'), einschließlich seines Armes (4") aus einem Stück be­ steht.

4. Magnetschnappsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7) in einer im Bimetallabschnitt (4') vorgesehenen Vertiefung zentriert und darin fixiert ist.

5. Magnetschnappsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fixierung durch Verkleben erfolgt.

6. Magnetschnappsystem nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ schlag (8) als Fließpreßteil ausgebildet ist.

7. Magnetschnappsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag (8) aus Weicheisen besteht.

8. Magnetschnappsystem nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen rundstabförmige Anschlag (8) eine Mantel­ fläche (8') hat, die zur Längsmittelachse (13) des Anschlages (8) exzentrisch verläuft und daß eine Ver­ stelleinrichtung (14) zur Drehung des Anschlages (8) um seine Mittellängsachse (13) vorgesehen ist derart, daß die Größe des Abstandes (a) dieser Mantelfläche (8') von dem ihr gegenüberliegenden Dauermagneten (7) einstellbar ist.

9. Magnetschnappsystem nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Gehäuses (1) eine Montageplatte (2) angebracht ist, die Träger der vorgenannten Bauelemente des Magnetschnapp­ systemes, wie des Anschlages (8) der Haltemittel des Bimetalles (4) und der Kontakte ist.