DE8003623U1 - Bimetallgesteuerter Elektroschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bimetallgesteuerten Elektroschalter, der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher genannten Art.

Die Verwendung von Kaltleitern als Heizelement für das Bimetall eines derartigen Elektroschalters ist an sich bekannt (FR-PS 1 509 244; DE-PS 26 28 597). Derartige Kaltleiter heizen unter Stromdurchfluß schnell auf. Mit steigender Temperatur steigt ihr elektrischer Widerstand, bis der Kaltleiter im Bereich seiner konstruktiv vorgesehenen Bezugstemperatur nur noch sehr wenig Strom aufnimmt und seine Temperatur, nämlich die Bezugstemperatur, nahezu konstant beibehält. Genau gesprochen nähert sich im Bereich der Bezugstemperatur die Eigentemperatur des an Spannung anliegenden Kaltleiters über die Zeit asymtotisch der Bezugstemperatur. Kaltleiter als Heizelement für das Bimetall eines bimetallgesteuerten Schalters haben also den Vorteil einer automatischen Leistungsbegrenzung derart, daß sie die konstruktiv vorgesehene Bezugstemperatur nicht überschreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schalter der eingangs genannten Art die Beheizung des Bimetalls konstruktiv zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Zur Halterung des Kaltleiters dient also mit den Befestigungsbolzen ein Befestigungselement, welches in der Regel ohnehin entweder zur Befestigung des Schalters an einem Elektrogerät und/oder zur Befestigung eines Teiles des Schalters oder seiner Bimetallsteuerung dient.

Anspruch 2 kennzeichnet eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Schalters, bei welchem sämtliche Teile des Schalters und der Bimetallsteuerung auf einem insbesondere in an sich bekannter Weise als Hohlniet ausgebildeten Befestigungsbolzen distanziert aneinandergereiht befestigt sind. Hier wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Kaltleiters eine sonst notwendige Distanzscheibe eingespart.

Durch das Kennzeichen des Anspruches 3 ist ein besonders guter Wärmekontakt zwischen Kaltleiter und Bimetall gewährleistet. Durch das Kennzeichen des Anspruches 4 wird eine Kontaktscheibe für den Kaltleiter eingespart.

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Anspruch 5 kennzeichnet eine besondere Schalterkonstruktion, die die Eigenschaften eines Temperaturreglers mit thermischer Rückführung aufweist.

Überhaupt verleiht die Anwendung eines Kaltleiters als erfindungsgemäß vorgesehenes Heizelement den damit in verschiedenen Varianten hergestellten Schaltern Eigenschaften, die sie für spezielle Einsatzzwecke besonders geeignet machen, was anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schalters.

Fig. 2 eine Draufsicht entsprechend Pfeil II in Fig.1.

Fig. 3 Gin elektrisches Schaltbild, welches die elektrische Funktion des Schalters gemäß Fig.1 und 2 wiedergibt .

Fig. 4 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Schalters.

Fig. 5 eine Draufsicht entsprechend Pfeil V in Fig.4.

Fig. 6 eine Seitenansicht entsprechend Pfeil VI in Fig.4.

Fig. 7 eine Seitenansicht analog Fig.4 einer modifizierten Ausführungsform des Schalters.

Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild, welches die elektrische Funktion der Schalter gemäß Fig.4-7 darstellt.

Ill I

In dem insgesamt mit 1 bezeichneten elektrischen Schalter befinden sich zwei Kontakte (nicht dargestellt), die mit den beiden elektrischen Anschlüssen 2,3 verbunden sind und einen elektrischen Stromkreis öffnen oder schließen. Die Schließ- und Öffnungsbewegung erfolgt über einen in Richtung der Mittellängsachse 4 längsverschiebbar im Schaltergehäuse 5 gelagerten Stößel 6, dessen oberes Ende durch die Bimetallscheibe 7 beaufschlagt wird. Die Bimetallscheibe stützt sich mit ihrem Umfangsrand 8 an einer insbesondere metallischen, gut wärmeleitenden Gehäuseabdeckung 9 ab. An der Gehäuseabdeckung 9 ist ein Gewindestift 10 koaxial zur Mittellängsachse 4 des Schalters 1 befestigt.

Auf den Gewindestift ist ein nach Art einer Unterlegscheibe gelochter Kaltleiter 11 aufgeschoben. Der Kaltleiter 11 liegt beidseitig elektrisch leitend an Kontaktscheiben 12 13 an, die ebenfalls nach Art von Unterlegscheiben gelocht sind und an jeweils einer Seite radial abstehende Kontaktfahnen 14,15 zum Anschluß des elektrischen Steuerstromes aufweisen. Die Kontaktfahnen 14,15 liegen einander diametral gegenüber und stehen in Radialrichtung nach außen ab.

Zwischen der Innenwandung des Kaltleiterloches 16 und dem Gewindestift 10 liegt in gleicher Weise wie zwischen den Innenwandungen der Durchgangslöcher der Kontaktscheiben

12,13 und dem Gewindestift 10 der Ringbund 17 einer die Mutter 19 gegenüber der Kontaktscheibe 13 elektrisch isolierenden Distanzscheibe 18, die in bekannter Weise aus einem keramischen Werkstoff bestehen kann. Durch die auf den Gewindestift 10 aufgeschraubte Mutter 19 werden die Distanzscheibe 18 und der Kaltleiter 11 mit seinen beiden Kontakt- I scheiben 12,13 gegen die Gehäuseabdeckung 9 verspannt. |

Durch das Aufheizen des Kaltleiters 11 bei Schließung des |$

Steuerstromkreises mittels z.B. eines Schalters 20 erfolgt 1 eine Ausbeulung der Bimetallscheibe 7 nach unten und demzu- f| folge über den Stößel 6 eine Schließung des Schalters 1. |

Zur Abdeckung des Schalters dient die Schutzplatte 48, die gleichzeitig auch als Befestigungsplatte ausgebildet ist. Damit kann der bimetallgesteuerte Elektroschalter an der Wandung befestigt wenden.

Ein Schalten der in Fig.1-3 dangestellten Art ist z.B. fün mit Nachtstrom beheizte elektrische Speicherofen bestimmt. Die Einschaltung bzw. Zuschaltung des Nachtstroms erfolgt durch den Schalter 20 (Fig.3) in Form z.B. einer Zeitschaltuhr oder einer Rundsteueranlage. Nach Schließung des Schalters 20 heizt der Kaltleiter 11 in relativ kurzer Zeit bis in den Bereich seiner Bezugstemperatur (z.B. 220⁰C) auf. Dabei erfolgt über die Bimetallscheibe 7 die Schließung

des Schalters 1. Der elektrische Speicherofen wird aufgeheizt. Damit steigt die Umgebungstemperatur des Schalters und damit auch des Kaltleiters 11 an. Sie erreicht z.B. etwa 8O⁰C. Die durch die Aufheizung des Speicherofens ansteigende Umgebungstemperatur des Schalters trägt anteilig zur Aufheizung des Kaltleiters 11 bei, ohne daß dieser jedoch über seine Bezugstemperatur hinaus aufgeheizt wird. Vielmehr bewirkt der von der Umgebungstemperatur herrührende Wärmeanteil eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Kaltleiters 11. Die Stromaufnahme oes Kaltleiters 11 sinkt dadurch noch weiter ab. Dies macht sich als Stromersparnis bemerkbar.

Durch die auch bei Einfluß dieser Umgebungstemperatur dem Kaltleiter 11 innewohnende Leistungsbegrenzung bzw. durch die gewährleistete NichtÜberschreitung seiner weit oberhalb der zu erwartenden maximalen Umgebungstemperatur liegenden Bezugstemperatur ist es möglich, die Dimensionierung des Schalters, des Bimetalls und der Kontaktbrücken so vorzunehmen, daß sie genau auf die Bezugstemperatur des Kaltleiters eingestellt sind und nicht für ein schadloses Ertragen etwaiger Überhitzungser^cheinungen überdimensioniert werden müssen. Damit ist der Weg zu einer gewissen Miniaturisierung der einzelnen Schalterbauteile ermöglicht.

Die Verwendung eines Kaltleiters hat den weiteren Vorteil, daß bei richtiger Leistungsbemessung seine Bezugstemperatur weitgehend spannungs- und temperaturunabhängig jedenfalls innerhalb fUr die Steuerung von Nachtspeicheröfen vorgegebener Spannungs- und Umgebungstemperatur-Toleranzen ist. Diese Spannungstoleranzen betragen nämlich zwischen -15% und +10% vom Sollwert und die Umgebungstemperatur zwischen O⁰C

und 120⁰C.

Der Schalter 21 in der Ausführungsform gemäß Fig.4-6 weist einen als Hohlniet 22 ausgebildeten Befestigungsbolzen auf, der die einzelnen Bauteile des Schalters 21 und seiner Bimetallsteuerung von oben bis unten durchsetzt und somit das einzige und zentrale Verbindungs- und Montagemittel für die Einzelteile des Schalters 21 bildet. Die Mittellängsachse des Hohln.iets 22 ist mit 23 gekennzeichnet; sie läuft mit Bezug auf Fig.4 vertikal. Der Hohlniet 22 ist - nicht näher dargestellt - z.B. durch eine ihn umgebende dünnwandige Hülse aus keramischem Werkstoff gegenüber den spannungsführenden, durch ihn zusammengehaltenen Schalterund Steuerungsteilen elektrisch isoliert. In Richtung der Mittellängsachse 23 untereinander und teilweise elektrisch isolierend distanziert sind - von oben nach unten - auf dem Hohlniet 22 befestigt: Der Haltearm 24 für die Halterung der Dreh-Justiereinrichtung 25, der obere Kontaktträger 26 mit dem oberen Kontakt 27, der untere Kontaktträger 28 mit dem unteren Kontakt 29, das Bimetall 30 und am unteren Ende

eine Schutzplatte 31. Das freie Ende des Bimetalls 30 ist durch einen Distanzbolzen 32 mit dem Steuerende 33 des oberen Kontaktträgers 26 verbunden derart, daß bei einer Ausbiegung des Bimetalls nach oben das Steuerende 33 des oberen Kontakttägers 26 nach oben gedruckt und die Kontakte 27,29 geöffnet werden. Biegt sich indessen das Bimetall wieder nach unten zurück, so folgt das Steuerende 33 des oberen Kontaktträgers 26 dieser Bewegung aufgrund einer dem Kontaktträger 26 innewohnenden entsprechenden Vorspannung mit der Folge, daß die Kontakte 27,29 wieder schließen.

Zwischen Haltearm 24, oberem Kontaktträger 26 und unterem Kontaktträger 28 ist jeweils eine elektrisch isolierende Distanzscheibe 35 aus keramischem Werkstoff angeord net. Zwischen unterem Kontaktarm 28 und Bimetall 30 wird diese - allerdings nicht elektrisch isolierende - Distanzfunktion durch den dort zwischengelegten, nach Art einer Unterlegscheibe gelochten und auf den Hohlniet 22 aufgeschc benen Kaltleiter 34 erfüllt, dessen beide Deckflächen in unmittelbar elektrisch leitendem Kontakt mit dem unteren Kontaktträger 28 des Schalters und dem Bimetall 30 stehen. Unterhalb des Bimetalls 30 und von der Schutzplatte 31 durch eine zwischengelegte isolierende Distanzscheibe 35 aus keramischem Werkstoff distanziert ist die Kontaktscheibe 36 auf dem Hohlniet 22 angeordnet. Sie ist mit einer

nach außen stehenden Kontaktfahne 37 versehen, während die
nach außen geleiteten Kontaktfahnen des oberen Kontaktträgers 26 und des unteren Kontaktträgers 28 mit 38 und 39
bezeichnet sind.

Ein derartiger Schalter ist als Leistungsregler z.B. für
eine Impulsheizung an Elektro-Kochherden geeignet. Je
höher die durch die Drehjustierung 25 eingestellte Temperatur an der Kochplatte sein soll, desto langer werden die
Einschalt- und desto kurzer die Ausschaltintervalle des
Bimetallschalters. Die Anwendung eines Kaltleiters 34 als
Bimetall-Heizeinrichtung hat nun den Effekt, daß z.B. bei 'U. durch die Drehjustiereinrichtung 25 auf maximale Heizstufe ΐ> geschalteter Heizplatte eines Kochherdes die zeitkonstante | Bezugstemperatur des Kaltwiderstandes 34 erreicht wird. |

Auch eine Überhitzung des Kaltleiters 34 durch Umgebungs- | wärme führt nicht zu einem Abschalten des gesteuerten Strom- 1 kreises. Der Verbraucher 40 arbeitet in dieser Maximalstel- | lung andauernd, weil der Schalter 21 geschlossen bleibt. |

In Fig.7 ist der Schalter 42 als Schalter mit thermischer f

ft Rückführung geeignet. Soweit sein Aufbau mit dem Aufbau Ij

des Schalters gemäß Fig.4-6 identisch ist, erfolgt hier 1

keine erneute Erläuterung; es wird vielmehr auf die Fig.4-6 i| betreffende Figurenbeschreibung verwiesen. Die Schichtfolge f

( · · Il

der Einzelteile des Schalters unterhalb des Kaltleiters 34 weicht beim Schalter 42 von der des Schalters 21 ab. Der Kaltleiter 34 liegt mit seiner unteren Deckfläche unmittelbar auf der Kontaktscheibe 36 auf. Unterhalb der Kontaktscheibe 36 befindet sich eine Distanzscheibe 43 aus gut wärmeleitendem, jedoch elektrisch isolierendem Werkstoff, z.B. Al_o0_. An der Stelle, an der sich bei dem Schalter 21 die Schutzplatte 31 befindet, ist beim Schalter 42 das Bimetall 44 als unterstes Schalterteil angeordnet. Sein freies Funktionsende 45 steht über den Distanzbolzen 46 mit dem Steuerende 33 des oberen Kontaktträgers 26 in einer Wirkverbindung, wie diese grundsätzlich vorstehend bereits anhand des Schalters 21 beschrieben ist.

Der Schalter gemäß Fig.7 dient zur Kompensation zeitlicher Verzögerungen, wie diese z.B. dann eintreten, wenn eine Temperaturabtastung nicht unmittelbar an der elektrischen Wärmequelle sondern in räumlicher Entfernung davon stattfindet, z.B. an der Platte eines strahiungsbeheizten Plattengrills· Den Nachteil der großen Zeitkonstante bei solchen Verhältnissen hat man bisher dadurch zu kompensieren versucht, daß eine besondere Wärmebrücke zwischen Heizquelle und Wärmeabtastung geschaffen wurde. Der Kaltleiter 34 wird hier parallel zur Heizquelle geschaltet und so dimenisioniert, daß seine Beheizung allein das Bimetall 44 nicht

zur Auslösung bringen kann. Vielmehr sorgt die Beheizung des Kaltleiters nur für eine gewisse Grundwärme des Bimetalls 44, die dieses dann bereits bei einer geringeren Aufheizung gegenüber der Grundwärme auslösen läßt, als dies der Sollauf heizung des strahlungsbeheizten Plattengrills entspricht. Dadurch eilt gewissermaßen der Bimetallschalter der Zeit voraus. Die Zeitkonstante kann durch die Bemessung des Kaltleiters je nach der Entfernung zwischen Heizung und Heizwärmeverbraucher und Heizintensität auf das richtige Maß eingestellt werden, ohne daß es eines Wärmeleiters als Verbindung zwischen Heizquelle und Bimetalischalter bedarf. Zur unmittelbaren Ertastung der Istwärme am Plattengrill dient das untere Ende 47 des Hohlniets 22, in dessen unmittelbarer Nähe das Bimetall 44 angeordnet ist, das wiederum durch die Distanzscheibe 43 gegenüber der Spannung des Heizleiters isoliert ist.

Claims (5)

Ansprüche:

1.) Durch ein mittels eines platten- oder scheibenförmigen Kaltleiters (PTC-Widerstand) beheiztes Bimetall gesteuerter Elektroschalter mit einem als Gewindestift, Niet ο.dgl. ausgebildeten Befestigungsbolzen und folgendem Kennzeichen:

1. Der Befestigungsbolzen (Gewindestift 10; Hohlniet 22) ist in unmittelbarer Nähe des Bimetalls (7,30,44) angeordnet oder dient selbst zu dessen Halterung.

2. Der Kaltleiter (11,34) ist vorzugsweise mittig nach Art einer Unterlegscheibe gelocht und unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierschicht mit seiner Lochung auf den Befestigungsbolzen (10,22) aufgeschoben.

3. Beidseitig liegt der Kaltleiter (11,34) elektrisch leitend an Kontaktscheiben (12,13,36) an, die

3.1 ebenfalls unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierschicht auf den Befestigungsbolz.en (10,22) aufgesetzt,

3.2 nach Art von Unterlegscheiben ausgebildet sind und

3.3 Anschlußkontakte (Kontaktfahnen 14,15,37) für den Heizstrom des Kaltleiters (11,34) tragen.

4. Kaltleiter (11,34) und Kontaktscheiben (12,13,36) sind auf dem Befestigungsbolzen (10,22) in Axialrichtung verspannt.

2.) Schalter nach Anspruch 1 mit folgendem Kennzeichen:

1. Der insbesondere als Hohlniet (22) ausgebildete Befestigungsbolzen trägt in an sich bekannter Weise jeweils zueinander und gegenüber dem Hohlniet (22) elektrisch isoliert sowie voneinander in Axialrichtung distanziert:

1.1 die beiden benachbarten Kontaktträger (26,28) des elektrischen Schalters (21,42) mit den zugehörigen Anschlüssen (Kontaktfahnen 38,39) des zu schaltenden elektrischen Stromkreises,

1.2 das Bimetall (30,44)

1.3 und gegebenenfalls einen Haltearm (24) für die Halterung einer Justiereinrichtung (25).

2. Der Kaltleiter (34) dient als Distanzscheibe zwischen einem Kontaktträger (28) und dem Bimetall (30,44).

3.) Schalter nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Bimetall (30) zwischen Kaltleiter (34) und eine Kontaktscheibe (36) eingespannt ist.

4.) Schalter nach Anspruch 2 mit folgendem Kennzeichen:

1. Der Kaltleiter (34) liegt unmittelbar an einem Kontaktträger (28) an.

2. Der elektrische Anschluß (39) des Kontakttragers (28) bildet einen Anschlußkontakt für den Heizstrom des Kaltleiters (³⁴).

5.) Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche und folgendem Kennzeichen:

1. Das Bimetall liegt an einem Ende des Befestigungsbolzens ,

2. zwischen Kaltleiter (34) bzw. seiner bimetallseitigen Kontaktscheibe (36) und dem Bimetall (44) liegt eine Distanzscheibe (43) aus gut wärmeleitendem, jedoch elektrisch isolierendem Werkstoff z.B. aus Al 0 .