DE2034146B2 - Magnetothermischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen megnetothermischen Schalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs, as

Es sind bereits verschiedene Thermoschalter ähnlicher Art bekannt. Bei einem dieser Thermoschalter (DT-AS 1 241 729) wird ein Reed-Kontakt von einem ringförmigen Dauermagneten umgeben, der seinerseits von einem Ring eines Materials mit temperaturabhängiger Permer^ilität umgeben wird. Bei Normaltemperatur hat dieser Ring eine hohe Permeabilität, so daß er einen guten Nebenschluß für ."in in Axialrichtung magnetischen Dauermagneten bildet. Bei hoher Temperatur, d. h. oberhalb der Curie-Temperatur, wird die Permeabilität des Ringes klein und damit seine Nebenschlußwirkung für den Dauermagneten unterbunden, so daß nun ein stärkerer magnetischer Fluß durch die Reed-Kontakte hindurchgeht, die dadurch geschlossen werden. Ein anderer Thermoschalter (Gebrauchsmusterschrift 1 913 392) hat ähnlichen Aufbau mit der gleichen Funktion. Bei diesem Thermoschalter liegen ein Dauermagnet, ein Weicheisenelement und ein Reed-Kontakt in einem magnetischen Kreis in Reihe. Bei dieser Anordnung ist der von dem Dauermagneten bewirkte und über das Weicheisenelement zu den Reed-Kontakten geführte magnetische Fluß so groß, daß die Reed-Kontakte geschlossen werden. Steigt die Temperatur über den Curie-Punkt, so reicht das Streufeld des Dauermagneten nicht mehr aus, die Reed-Kontakte gegen ihre Federkraft geschlossen zu halten. Ein weiterer Thermoschalter (französische Patentschrift 1 549 349) hat prinzipiell den gleichen Aufbau — jedoch mit zylindrischer Anordnung.

3ei den vorstehend beschriebenen Thermoschaltern wird stets nur ein Permanentmagnet und ein Eisenmaterial mit einem bestimmten Curie-Punkt verwendet. Der Durchgang der Temperatur durch den Curie-Punkt führt bei diesen Vorrichtungen entweder zur Einschaltung der Wirkung des Permanentmagneten oder zur βο Ausschaltung dessen Wirkung. Es kann daher für den Schaltvorgang nur diese einzige Temperatur des Curie- Punktes des verwendeten Weicheisenmaterials als Schaltkriterium benutzt werden, womit sich nachteiligerweise nur eingeschränkte Verwendungsmöglich- Sj keilen für Thermofühlervorrichtungen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermoschalter gemäß Oberbegriff des Anspruches I

zu scharren, der eine weitere Schaltmöglichkeit hat,

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Bei den zuvor beschriebenen bekannten Thermoschaltern wird das Prinzip angewendet, die Wirkung des Permanentmagneten aur den Reed-Kontakt in Abhängigkeit vom Durchschreiten eines Curie-Punktes ein- oder auszuschalten. Eine Simulierung von drei Stellungen eines Permanentmagneten gegenüber einem Reed-Kontakt wie bei der vorliegenden ErRngung erfolgt bei diesen bekannten TLermoschaltern

Zur Ergänzung sei noch darauf hingewiesen, daß die Nutzung von Reed-Kontakten in Verbindung mit magnetischen Werkstoffen zur Herbeiführung temperaturabhängiger Schaltvorgänge allgemein bekannt ist (vgL USA.-Patentschrift 3 008 019, »Technologie und Anwendung magnetischer Werkstoffe^ 1958. VEB-Verlag. S, 295; »Zeitschrift für angewandte Physik« Xl. Band, Heft 5,1959, S. 172 bis 174).

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schemaii scher Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. la eine Schnittansicht eines Beispiels eines üblichen Temperaturschalters,

F i g. Ib eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels des üblichen Temperaturschalters,

Fig.2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Temperaturschalters.

Fig.3a, 3b und 3c jeweils eine Ansicht zur Veranschaulichung der Betriebsweise eines Reed-Kontaktes,

F i g. 4a und 4b jeweils eine Ansicht zur Veranschaulichung der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Thermoschalter nach F i g. 2 und

F i g. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausfiihrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Temperaturschalters.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffern die entsprechenden oder äquivalenten Teile der Thermoschalter.

In den Fig. la und Ib ist ein Ausführungsbeispiel einer üblichen bekannten Art von Schaltern dargestellt, die beispielsweise für Motor-Kühlwasser verwendet werden. Wie aus F i g. la ersichtlich, schließt ein Bimetall 1, das in einem in das Kühlwasser 2 hineinragenden Behälter 5 vorgesehen ist, mit einem an der Spitze seines Endteils vorgesehenen Kontaktteil 3a einen Kontakt mit einem feststehenden Kontaktteil 4a auf Grund seiner Biegeverschiebung und schallet eine Warnlampe 10 ein, wenn das Kühlwasser 2 auf Grund seiner zu niedrigen Temperatur für das Fahren eines Automobils ungeeignet ist. Wenn der Motor auf Grund einer zu hohen Temperatur des Motor-Kühlwassers 2 einer Überhitzung ausgesetzt ist, schließt demgegenüber das Bimetall mit einem von dem Kontaktteil 3a getrennt angeordneten Kontaktteil 36 einen Kontakt mit einem feststehenden Kontaktteil 4b, der dem feststehenden Kontaktteil 4a gegenüber angeordnet ist, auf Grund der Biegeverschiebung des Bimetalls in einer gegenüber der vorherigen entgegengesetzten Richtung und schaltet die Warnlampe wie in dem vorherigen Fall ein.

Der in Fig. Ib dargestellte Schalter ist zusätzlich derart angeordnet, daß er jeden Fall unnormalen Ansteigens oder Abfallens der Kühlwassertemperatur mittels des Bimetalls 1 feststellt und die Warnlampe 10 einschaltet.

Da ein ausreichender Kontaktdruck zwischen den Kontakten nicht nur durch Verschiebung des Bimetalls

I auf Grund der Temperatur erhalten wird, ergeben sich jedoch einige Nachteile darin, daß ein Fehlbetrieb durch die Schwingungen des Fahrzeugs verursacht wird und der nicht ausreichende Kontakt durch Ober· Qicbenkorrodierung durch schädliche Gase hervorge· δ rufen wird, die aus einer Dichtung 6 abgeleitet werden, da die Kontakte 3a, 3h. 4a und 4b aus dem Behälter 5 herausgezogen sind, und daß weiterhin die Wärme-Ansprechbarkeit relativ gering ist

Bei denr. beanspruchten Temperaturschalter werden w die vorstehend erwähnten Nachteile dadurch vermieden, daß ein mit der Alarmvorrichtung verbundener Leitungsschalter in dem magnetischen Kreis eines Permanentmagneten angeordnet ist und daß ein Stück magnetischer Substanz mit einer beträchtlichen Tempera- turabhängigkeit der magnetischen Permeabilität magnetisch in Serie mit dem Permanentmagneten angeordnet ist, wobei der Thermoschalter so gebildet ist, daB er durch Änderung der Permeabilität des Stücks magnetischer Substanz auf Grund der Temperalurän- »0 clerung ein- und ausgeschaltet wird, und daß der Schalter ausreichenden Kontaktdruck, hohe Zuverlässigkeit t und weiterhin schnei«: Ansprechbarwie in Fig.3b dargestellt, angeordnet ist, wird i «em Fall em Paar von Zuleitungen in der gif**™ ritai magnetisiert, und der Reed Kontakt 7 -»*—...., (ditse Stellung wird im folgenden als »die öffnungsstel lung« bezeichnet). Wenn weiterhin der Magnet 8 it dem mittleren Teil des gesamten Reed-Kontaktes 7. wie in F i g. 3c dargestellt, angeordnet ist, gelangt in diesem Fall ein magnetischer Fluß durch ein Paar von Zuleitungen, und der Reed-Kontakt 7 ist geschlossen (diese Stellung wird im folgenden als »die zweite geschlossene Stellung« bezeichnet).

In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispid des beanspruchten Thermoschalters dargestellt; die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Reed-Kontakt, der Ober eine Warnlampe 10 mit einem Anschluß einer Spannungsquelle U verbunden ist; der Reed-Kontakt ist normalerweise durch Einschließen eines Paars von Teilen magnetischer Substanz, & h. der Zuleitungen 13a, ISb, in einem Glasrohr 12 gebildet Die Bezugsziffer 8 bezeichnet einen ringförmigen Permanentmagneten, der axial magnetisiert ist und in einer der in Fig. 3a gezeigten Stellung entsprecnfinden Stellung um den 1, d. h. in de · ~μ*ι~««».

Bei dem beanspruchten Thermoschalter (der Patentanspruch bezieht sich auf die F i g. 2) treten die drei Schaltzustände auf, die in den F i g. 3a bis 3c gezeigt sind. Bei niedriger Temperatur herrscht der in F i g. 3c gezeigte Schaltzustand, bei dem beide — in F i g. 2 gezeigten — Zylinderstücke 9a und 9b eine hohe Permeabilität haben, so daß sie den von dem Permanentmagneten 8 hervorgerufenen magnetischen Fluß derart gut leiten, daß angenommen werden könnte, daß das zweite Zylinderstück 9a selbst einen Permanentmagneten bildet bzw. der Permanentmagnet 8 sich in der in Fig.3c gezeigten Stellung — der zweiten Schließstellung — befindet. Bei einer Temperatur, die zwischen den beiden Curie-Punkten der beiden Zylinderstücke liegt, iit die Permeabilität des zweiten Zylinderstücks 9a derart stark herabgesetzt, daß es magnetisch praktisch nicht wirksam ist. Damit entspricht das erste Zylinderstück 9b einem Permanentmagneten in der in Fi g. 3b gezeigten Stellung, bei der der Reed-Kontakt geöffnet ist. Steigt die Temperatur über den Curie-Punkt des ersten Zylinderstücks an, ist praktisch nur noch der Permanentmagnet 8 wirksam, was dem in Fig.3a gezeigten Zustand entspricht, bei dem der Reed-Kontakt ebenfalls geschlossen ist (erste Schließstellung).

Bei diesem Thermoschalter werden praktisch die drei Stellungen eines Permanentmagneten gegenüber einem Reed-Kontakt simuliert, bei denen die etjte Schließstellung, die Öffnungsstellung und die zweite Schließstellung des Reed-Kontaktes erreicht wird. Dadurch sind mit dem Thermoschalter vorteilhafterweise zwei verschiedene Schaltvorgänge möglich, die zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich den Curie-Punkten der beiden Zylinderstücke, zugeordnet sind.

Im folgenden wird an Hand der F i g. 3a, 3b und 3c das Betriebsprinzip eines bekannten Reed-Kontaktes erläutert. In dem Beispiel nach F i g. 3a ist ein axial magnetisierter Magnet 8 in Abstand von einem Reed-Kontakt 7 angeordnet; in diesem Fall wird nur eine Zuleitung eines Paars von Zuleitungen des Reed-Kontaktes 7 magnetisiert, und der Reed-Kontakt 7 ist geschlossen (diese Stellung wird im folgenden als »die erste geschlossene Stellung« bezeichnet). Wenn dann der Maenet 8 in einen bestimmten Bereich einer Zuleitung,

HCi; ^leitung uitgwwiu.,w. , ^₁

»5 96 bezeichnen ringförmige Stücke magnetischer Sublanz. die aus einem Material gebildet sind, das eine beträchtliche Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität aufweist, wie beispielsweise Thermoferrit. wobei jedes magnetisch in Serie mit dem Perrnanentmagneten 8 jeweils in der öffnur der zweiten geschlossenen Stellung — doch die magnetischen Transform; Teils verschieden voneinander sind.

Ein magnetisches Teil 9a hat einen magnetischen Transformationspunkt der Temperatur, bei der das Kühlwasser 2 gerade die optimale Temoeratur aus einer unnormal niedrigen Temperatur andere magnetische Teil 9fc hat e' Transformationspunkt, bei dem das

de die unnormal hohe Temperatur aus der optimalen Temperatur erreicht.

Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Behälter, der aus einem ausgezeichnet thermisch leitenden, nicht-magnetischen Material wie beispielsweise Messing, Aluminium od. dgl., gebildet ist; die Bezugsziffer 14 bezeichnet eine isolierende Abdeckung zur Verhinderung des Eintritts von Wasser, Staub od. dgl. in das Innere des Behälters von der Außenseite, die zur elektrischen Isolierung der Zuleitung 13a des Leitungsschalters 7 von dem Behälter 5 und zur Sicherung des Leitungsschalters 7 dient.

Im folgenden wird an Hand von F i g. 2 die Betriebsweise des Thermoschalters beschrieben. Wenn die Temperaiur des Motorkühlwassers 2 innerhalb des Ar-55 beitsbereichs liegt, verliert das Zylitiderstück 9a die Funktion als magnetische Substanz, da es den magnetischen Transformationspunkt überschreitet, und wird in den in F i g. 4a dargestellten Zustand aus der Sicht des magnetischen Kreises versetzt; dieser Zustand ent-60 spricht dem an Hand von F i g. 3b zuvor beschriebenen, bei dem die Warnlampc 10 ausgeht.

Wenn dann die Temperatur des Motorkühlwassers 2 absinkt und die magnetische Substanz 9a sich dem magnetischen Transformationspunkt nähert, so daß die 65 magnetische Permeabilität der Substanz 9a plötzlich ansteigt und die Funktion als magnetische Substanz erhält, und wird versetzt in den in Fig.4b dargestellten Zustand aus der Sicht des magnetischen Kreises; dieser

Zustand entspricht dem vorstehend an Hand von F i g. 3c beschriebenen Zustand, so daß der Reed-Kontakt 7 geschlossen wird, und die Warnlampe 10 aufleuchtet, um dem Fahrer die unnormale Temperatur des Kühlwassers anzuzeigen.

Wenn außerdem die Temperatur des Kühlwassers 2 ansteigt und sich dem magnetischen Transformationspunkt des Stücks magnetischer Substanz 96 nähert, sinkt die Permeabilität der magnetischen Substanz 96 plötzlich ab und verliert die Funktion als magnetische Substanz, so daß beide Stücke magnetischer Substanzen 9a. 96 keine Funktion als magnetische Substanz besitzen; dies entspricht dem an Hand von F i g. 3a vorstehend beschriebenen Zustand — aus der Sicht des magnetischen Kreises —. so daß die Warnlampe 10 aufleuchtet, um dem Fahrer die unnormale Temperatur des Kühlwassers anzuzeigen.

Wenn zwar in der Ausführungsform nach F i g. 2 der Thermoschalter derart angeordnet ist. daß er bei Feststellung sowohl der unnormal hohen als auch der unnormalen niedrigen Temperatur Alarm gibt, so kann er weiterhin natürlich derart angeordnet sein, daß er entweder die unnormal hohe oder die unnormal niedrige Temperatur feststellt, indem der Schalter aus dem Stück megnetischer Substanz 9a oder 96 gebildet wird. Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Warnlampe 10 für Alarmzwecke verwendet wurde, kann weiterhin natürlich eine Alarmvorrichtung, wie ein Summer und eine individuell geregelte Vorrichtung verwendet werden.

Ein ausgezeichneter Betrieb wurde mit einem beschriebenen Thermoschalter erhalten, dessen Reed-Kontakt 7 eine Länge von 20 mm. dessen Permanentmagnet 8 eine Stärke von 7 mm und einen Außen-, durchmesser von 8 mm und einen Innendurchmesser von 4 mm und dessen magnetische Substanz 9a, 96 eine Stärke von 5 mm besaß.

In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Schalters dargestellt Darin sind axial in der gleichen Polarität magnetisierte ringförmige Permanentmagnete 8a, 86 getrennt voneinander in einer Öffnungsstellung angeordnet; die andere Öffnungsstellung ist bezüglich dieser Stellung über den Reed-Kontakt symmetrisch; ein ringförmiges Stück magnetischer Substanz 9 mit einer beträchtlichen Temperaturabhängigkeil der magnetischen Permeabilität ist magnetisch in Serie zwischen die Permanentmagneten 8a und 86 etwa in der Mitte des Leitungsschalters 7 angeordnet. Die Bezugsziffef 3 bezeichnet einen Behälter, und did Bezugsziffer 14 eine isolierende Abdeckung.

Im folgenden wird die Betriebsweise der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform des Temperaturschalters erläutert. Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers 2 zu niedrig ist und sich die magnetische Substanz 9 auf einer Temperatur unterhalb des magnetischen Transformationspunktes befindet, sind die Permaneniniiignctcn 8<·ι, t\b und das magnetische Teil 9 in einem Magneten gebildet, und im Ergebnis ist dieser Magnet in der /.weilen Schließstellung angeordnet, so daß der Lcitiingsschalter geschlossen und die Warnlampe 10 eingeschaltet wird, wodurch die unnormale Temperatur des Kühlwassers dem Fahrer angezeigt wird.

Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers ansteigt und sich dem magnetischen Transformations-

>o punkt der magnetischen Substanz 9 annähert, verliert diese die Funktion als magnetische Substanz auf Grund des plötzlichen Abfallens ihrer magnetischen Permeabilität: dieser Zustand entspricht einem Zustand, bei dem die Permanentmagneten 8a, 86 in der öffnungs-

»5 stellung angeordnet sind, so daß der Reed-Kontakt 7 geöffnet und demzufolge die Warnlampe ausgeschaltet wird.

Wie im vorstehenden beschrieben, ist experimentell festgestellt, daß der Betrieb des Leitungsschalters

»β durch symmetrische Anordnung der Permanentmagneten bezüglich des Leitungskontaktes zuverlässiger ist.

Im vorstehenden wird ein Thermoschalter beschrieben, bei dem der Permanentmagnet und das eine beträchtliche Temperaturabhängigkeit der magnetischen

»5 Permeabi-rtät aufweisende Material magnetisch in Serie und passend in der ersten Schließstellung, der zweiten Schließstellung und/oder der öffnungsstellung angeordnet ist, wobei der auf Grund der Änderung der magnetischen Permeabilität dieses Materials durch das unnormale Ansteigen oder Abfallen der Temperatur der zu messenden Objekte ein- und ausgeschaltet wird, und die unnormale Temperatur festgestellt werden kann.

Daher kann mit dem Thermoschalter ein im Vergleich zu dem üblichen, ein Bimetall verwendenden Temperaturschalter besserer Kontaktdruck erhalten werden, und das Problem vollständig beseitigt werden, daß der Kontakt durch schädliche Außenatmosphäre korrodiert wird, da der Reed-Kontakt die Leitungen

innerhalb seiner Glasröhre einschließt, so daß die Lebensdauer der Koniakte sehr lang gemacht ist, und weiterhin die Wärme-Ansprechbarkeit des Thermofühlers sehr schnell gemischt wird.

Bei dem Thermoschalter ist ein mit einer Alarmvorrichtung verbundener Reed-Kontakt in einem magnetischen Kreis eines Permanentmagneten angeordnet, und ein Stück magnetischer Substanz, die durch ein Material mit beträchtlicher Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität gebildet ist, magnetisch in Serie mit dem Permanentmagneten angeordnet, wobei die Alarmvorrichtung durch das Ein- und Ausschalten des Reed-Kontaktes in Übereinstimmung mit der Änderung der Permeabilität des Stücks magnetischer Substanz in Abhängigkeit von der Temperaturänderung betätigt wird, so daß unnormales Ansteigen oder Abfallen der Temperatur festgestellt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetothermischer Schalter, bestehend aus einem Thermofühler mit einem Reed-Kontakt, der von einer Reihenanordnung aus einem Permanentmagneten und einem Zylinderstück mit temperaturabhängiger Permeabilität umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) in der ersten Schließstellung des Reed-Kontak- *o tes (7) angeordnet ist, das Zylinderstflck (9) in der Öffnungsstellung und ein zweites Zylinderstück (9a) mit temperaturabhängiger Permeabilität in der zweiten Schließstellung angeordnet ist. wobei der Curie-Transformationspunkt des zweiten Zylinder-Stücks (9a) niedriger als der des ersten {9b) ist