DE1216411B

DE1216411B - Bimetal switch

Info

Publication number: DE1216411B
Application number: DEL33734A
Authority: DE
Inventors: Helmut Brand
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-07-15
Filing date: 1959-07-15
Publication date: 1966-05-12

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES '/MTm* PATENTAMT Int. Cl.: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY DEUTSCHES '/ MTm * PATENTAMT Int. Cl .:

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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21c-40/05German class: 21c-40/05

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

L33734VIIId/21c
15. Mi 1959
12. Mai 1966L33734VIIId / 21c
15th Wed 1959
May 12, 1966

BimetallschalterBimetal switch

Die bekannten Energieregler für elektrische Raumheizgeräte arbeiten nach dem Prinzip des Elektrohahns, d. h. die Energiezufuhr zu den Verbrauchern erfolgt impulsmäßig. Die Verbraucher, die die Wärmequelle bilden, werden also nach einem bestimmten Taktrhythmus an die Netzspannung angeschlossen und wieder abgeschaltet. Die Zu- und Abschaltung der Verbraucher erfolgt dabei nach einem früheren Vorschlag automatisch durch ein Arbeitsbimetall, das von einem Teil des Verbraucherstromes beheizt wird und das auf den Schaltmechanismus einwirkt. Durch die Lage des Arbeitsbimetalls zum Schalter läßt sich die Taktung des Schalters verändern, so daß eine stufenlose Temperaturreglung möglich ist. Für die Energieregler wird auch eine Einrichtung gefordert, die eine Abschaltung der Wärmequelle bewirkt, wenn die Raumtemperatur eine bestimmte Grenze übersteigt. Es sind daher schon Übertemperaturauslöser vorgeschlagen worden, die in Abhängigkeit von der Raumtemperatur auf den Schaltmechanismus des Reglers einwirken. Nach einem solchen Vorschlag wird ein Bimetall verwendet, das einseitig fest eingespannt ist und mit dem freien Ende an dem Schaltmechanismus angreift. Das Bimetall trägt eine Heizwicklung, die über ein Kontaktthermometer an eine Spannungsquelle gelegt werden kann. Das Kontaktthermometer schließt bei einer bestimmten Temperatur den Stromkreis für die Heizwicklung des Bimetalls, das durch seine Auslenkung den Schaltmechanismus betätigt und somit den Verbraucher, d. h. die Wärmequelle, abschaltet. Die Beheizung des Bimetalls wird nach der Abschaltung des Verbrauchers allerdings noch nicht abge_r schaltet, da die Raumtemperatur noch nicht wieder unter die Schaltgrenze des Kontaktthermometers abgesunken ist. Das Bimetall krümmt sich also weiter, d.h. es legt mit seinem freien Ende einen Weg zurück, der für die Schaltung verloren ist. Dieser Totweg wird durch einen am Bimetallende federnd gelagerten Stößel aufgefangen. Es ist einleuchtend, daß der Totweg nachteilig ist, denn einmal erfordert die federnde Lagerung des Stößels am Bimetallende verhältnismäßig viel Aufwand und zum anderen Mal muß bei der Abschaltung der Bimetallheizung das Bimetall diesen Totweg nochmals zurücklegen, bis es in der Lage ist, den Schalter zu betätigen. Es treten bei solchen Anordnungen Abkühlungszeiten von mehreren Minuten auf, was besonders ungünstig ist, weil schon das Absinken der Raumtemperatur unter die Abschaltgrenze des Kontaktthermometers gewisse Zeit erfordert.The known energy regulators for electric space heaters work on the principle of the electric tap, ie the energy is supplied to the consumers in pulses. The consumers, which form the heat source, are connected to the mains voltage and switched off again according to a certain cycle rhythm. The connection and disconnection of the consumers takes place automatically according to an earlier proposal by a working bimetal, which is heated by part of the consumer current and which acts on the switching mechanism. Due to the position of the working bimetal to the switch, the timing of the switch can be changed, so that a stepless temperature control is possible. A device is also required for the energy regulator that switches off the heat source if the room temperature exceeds a certain limit. Excess temperature triggers have therefore already been proposed which act on the controller's switching mechanism as a function of the room temperature. According to such a proposal, a bimetal is used which is firmly clamped on one side and engages the switching mechanism with the free end. The bimetal has a heating coil that can be connected to a voltage source via a contact thermometer. At a certain temperature, the contact thermometer closes the circuit for the heating coil of the bimetal, which, through its deflection, actuates the switching mechanism and thus switches off the consumer, ie the heat source. The heating of the bimetal switch is not yet abge _r after the shutdown of the consumer as the room temperature has not dropped below the trigger limit the contact thermometer. The bimetal continues to bend, ie it covers a path with its free end that is lost for the circuit. This dead travel is absorbed by a plunger that is resiliently mounted on the bimetal end. It is evident that the dead path is disadvantageous, because on the one hand the resilient mounting of the plunger on the bimetal end requires a relatively high amount of effort and on the other hand, when the bimetal heating is switched off, the bimetal must cover this dead path again until it is able to close the switch actuate. With such arrangements, cooling times of several minutes occur, which is particularly unfavorable because even the drop in room temperature below the cut-off limit of the contact thermometer requires a certain amount of time.

Diese Nachteile werden mit einem bekannten BiAnmelder: These disadvantages become with a well-known BiAnmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs-G. mb H.,
Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:
Helmut Brand, HamelnNamed as inventor:
Helmut Brand, Hamelin

metallschalter vermieden, bei dem ein Bimetall anmetal switch avoided in which a bimetal to

*5 seiner Befestigungsstelle mit einer einstellbaren, in seiner Auslenkungsebene wirkenden Reibungskraft gegen die Befestigungsunterlage schwenkbar ist. Bei Anwendung dieses bekannten Bimetallschalters auf den eingangs beschriebenen Energieregler ist allerdings noch unbefriedigend, daß die Reibungskraft verhältnismäßig hoch gemacht werden muß, damit der mit dem Bimetall zu steuernde Schaltmechanismus auch sicher betätigt wird. Die hohe Reibkraft verhindert, daß das Bimetall bei Abkühlung wieder vollständig in seine gestreckte Lage zurückkehrt. Es legt sich bei Abkühlung gegen einen Festanschlag und verdreht sich infolge der ihm innewohnenden Federenergie gegenüber seiner Unterlage, jedoch bleibt eine Restkrümmung zurück, die bei erneutem Temperaturanstieg eine sofortige Betätigung des Schaltmechanismus verhindert.* 5 its mounting point with an adjustable, in its deflection plane acting frictional force is pivotable against the mounting base. at However, this known bimetal switch is used for the energy regulator described at the beginning still unsatisfactory that the frictional force must be made relatively high so the switching mechanism to be controlled with the bimetal is also safely actuated. The high frictional force prevents the bimetal from returning completely to its stretched position when it cools down. It lays down against a fixed stop when it cools down and rotates as a result of the inherent Spring energy in relation to its base, but a residual curvature remains, which when it is renewed A rise in temperature prevents immediate actuation of the switching mechanism.

Die Erfindung betrifft einen Bimetallschalter mit einem beheizten Bimetallarm, insbesondere für Übertemperaturauslösung bei Energiereglern für elektrische Raumbeheizung, bei dem der mit seinem freien Ende auf einen Schaltmechanismus einwirkende Bimetallann an seiner Befestigungsstelle mit einer einstellbaren, in seiner Auslenkungsebene wirkenden Reibungskraft gegen die Befestigungsunterlage schwenkbar ist. Erfindungsgemäß ist zur Vergrößerung der am Schaltmechanismus wirksamen Kraft und zur Erleichterung der späteren Streckung des Bimetallarmes in der Nähe der Befestigungsstelle des Bimetallarmes eine an diesem angreifende Zugfeder vorgesehen, oder eine mit dem Bimetall verbundene Platte und die Reibunterlage sind so leicht verdrillt, daß die Reibdruckfederung im Betätigungssinne ihre Kraft erhöht und im Rückstellsinn vermindert. The invention relates to a bimetal switch with a heated bimetal arm, in particular for triggering excess temperatures in the case of energy regulators for electrical room heating, in which the one with his free end acting on a switching mechanism with bimetallic bar at its attachment point an adjustable frictional force acting in its plane of deflection against the mounting base is pivotable. According to the invention is to increase the effective on the switching mechanism Strength and to facilitate the later stretching of the bimetal arm in the vicinity of the attachment point of the bimetal arm is provided with a tension spring acting on it, or one connected to the bimetal The plate and the friction pad are twisted so slightly that the friction compression spring increases its force in the actuation direction and reduces it in the return direction.

Bei dieser Anordnung braucht die Reibkraft nur geringfügig größer als die Betätigungskraft für den Schaltmechanismus zu sein. Der bei Abkühlung auf-With this arrangement, the frictional force needs only slightly greater than the actuating force for the To be switching mechanism. When it cools down,

609 568/406609 568/406

tretenden Spannung wirkt die Zusatzkraft entgegen, so daß der Bimetallarm bei wieder einsetzendem Temperaturanstieg nur noch geringen Kräften unterliegt.The additional force counteracts the voltage that occurs, so that the bimetallic arm is activated when the temperature rises again is only subject to minor forces.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail using several exemplary embodiments with reference to the drawing.

In Fig. la und Ib ist die Bimetallbefestigung unter Verwendung einer Friktionsfeder dargestellt, während die Fig. 2a bis 2c die Befestigung des Bimetalls mit Hilfe eines starren Reibungsteiles zeigen. Die F i g. 3 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit. In Fig. La and Ib the bimetallic fastening is shown using a friction spring, while Figs. 2a to 2c show the attachment of the bimetal with the aid of a rigid friction part. The F i g. 3 shows a further possibility of fastening.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist ein Bimetallarm 1, der eine nicht dargestellte Heizwicklung trägt, an einer Lasche 2 befestigt, die einen Schraubbolzen 3 umfaßt. Die Lasche 2 ist fest mit einer Friktionsfeder 4 verbunden, die dreiflüglig ausgebildet ist und mit den Flügelenden auf einer Reibunterlage 5 aufliegt. Der Schraubbolzen 3 ist gegen die Unterlage 5 verdrehungssicher angeordnet, indem er an der Lagerstelle der Unterlage vierkantig ao ausgebildet ist. An seinem oberen Teil ist er mit Gewinde versehen, auf dem Muttern 6, 7 aufgeschraubt sind. Durch die Einschraubtiefe der Muttern wird die Spannung der Friktionsfeder 4 bestimmt, d. h. die Kraft, mit der die Friktionsfeder mit ihren Flügelenden auf die Unterlage 5 einwirkt, ist durch die Muttern einstellbar. Der Schraubbolzen ist im Reglergehäuse befestigt und trägt somit sämtliche Teile. Der Bimetallarm 1 besitzt an seinem freien Ende einen Stößel 8, der auf ein Betätigungsglied 9 eines nicht dargestellten Schalters einwirkt. Es ist außerdem noch ein Festanschlag in Form einer Schraube 10 vorgesehen, die in einem Gehäuseansatz 11 gelagert ist und durch eine Mutter 12 festgestellt werden kann. Die SchraubelO ist so eingestellt, daß im unbeheizten Zustand des Bimetallarms der Stößel mit dem freien Ende an den Mechanismusteil 9 und mit der anderen Seite an der SchraubelO anliegt. Der Bimetallarm steht unter der Wirkung einer Zugfeder 13, die in der Nähe der Befestigungsstelle angreift und mit ihrem anderen Ende im Gehäuse angebracht ist. Die Spannung der Friktionsfeder gegen ihre Unterlage ist so gewählt, daß die zwischen Feder und Unterlage bei Verschwenkung auftretende, am freien Ende des Bimetalls wirksame Reibungskraft größer als die für die Betätigung des Schalters nötige Kraft ist. Die Feder 13 wird so gewählt, daß die am freien Bimetallannende hierdurch erzeugte Kraft kleiner als die Betätigungskraft für den Schalter ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß für die Betätigung des Schalters 500 g notwendig sind und daß die Zugfeder 13 am Bimetallende eine Kraft von 300 g ausübt. Die Reibung der Friktionsfeder soll am Bimetallende mit 700 g wirken. Der Bimetallarm sei bis etwa 4000 g belastbar. 'In the embodiment according to FIG. 1, a bimetallic arm 1, which carries a heating coil (not shown), is attached to a bracket 2 which comprises a screw bolt 3. The tab 2 is firmly connected to a friction spring 4, which is designed with three wings and rests with the wing ends on a friction pad 5. The screw bolt 3 is arranged against rotation against the base 5, in that it is square ao at the bearing point of the base. On its upper part it is provided with a thread on which nuts 6, 7 are screwed. The tension of the friction spring 4 is determined by the screw-in depth of the nuts, ie the force with which the friction spring acts with its wing ends on the base 5 can be adjusted by the nuts. The screw bolt is fastened in the controller housing and thus carries all parts. The bimetallic arm 1 has at its free end a plunger 8 which acts on an actuating member 9 of a switch, not shown. There is also a fixed stop in the form of a screw 10, which is mounted in a housing extension 11 and can be fixed by a nut 12. The screw is set so that when the bimetal arm is unheated, the free end of the plunger rests on the mechanism part 9 and the other side on the screw. The bimetallic arm is under the action of a tension spring 13 which engages in the vicinity of the fastening point and is attached at its other end in the housing. The tension of the friction spring against its base is chosen so that the frictional force that occurs between the spring and the base when pivoting and effective at the free end of the bimetal is greater than the force required to operate the switch. The spring 13 is chosen so that the force generated thereby at the free bimetal end is less than the actuating force for the switch. It is assumed, for example, that 500 g are necessary to operate the switch and that the tension spring 13 exerts a force of 300 g on the bimetal end. The friction of the friction spring should act at the bimetal end with 700 g. The bimetal arm can be loaded up to about 4000 g. '

Wird durch eine Übertemperatur die Heizwicklung des Bimetallarms an Spannung gelegt, so erfolgt durch die einsetzende Erwärmung eine Krümmung des Bimetallarms, d. h. der Stößel 8 drückt gegen das Betätigungsglied 9 und löst dadurch einen Schaltvorgang an dem Schalter aus, der die Wärmequelle für die Raumheizung abschaltet. Da die Betätigungskraft für den Schalter kleiner als die durch die Reibung der Friktionsfeder erzeugte Kraft ist, erfolgt die Auslösung des Schalters, ohne daß die Friktionsfeder ihre Lage verändert. Das Betätigungsglied 9 ist nach Abschaltung der Wärmequelle in die gestrichelt gezeichnete Lage übergegangen und ist an einem nicht dargestellten Anschlag zur Anlage gekommen. Es wird von dem Stößel in dieser Lage gehalten. Da die Beheizung des Bimetallarms fortdauert, krümmt sich der Bimetallarm auch weiter, d. h. es drückt mit dem Stößel jetzt mit einer Kraft von 1000 g gegen das Betätigungsglied 9. Diese Kraft setzt sich aus dem Reibungsanteil an der Befestigungsstelle, der 700 g beträgt und dem von der Zugfeder 13 stammenden Anteil von 300 g zusammen. Der Bimetallarm geht bei Drehung der Friktionsfeder in Richtung des Pfeiles 14 in die gestrichelt gezeichnete Lage über. Der Totweg des Bimetallarms wird also durch eine Veränderung seiner Befestigungslage kompensiert. Unterschreitet die Raumtemperatur die Abschaltgrenze des Kontaktthermometers, so wird die Beheizung des Bir metallarms abgeschaltet, d. h., er beginnt sich allmählich wieder zu strecken und gibt dabei das Betätigungsglied 9 frei, das unter eigener Federwirkung nachfedert. Infolge des besonders starken Temperaturgefälles nach Abschaltung der Beheizung geht die Streckung des Bimetallarms in der ersten Phase nach Abschaltung verhältnismäßig schnell vor sich, so daß das Betätigungsglied sofort freigegeben wird, das seinerseits die Schließung des Schalters für die Wärmequelle veranlaßt. Der Stößel legt sich mit seiner Rückseite auf das Ende der Schraube 10, die jetzt als Abstützstelle für die Rückführung der Friktionsfeder dient. Bei der Streckung des. Bimetallarms bewegt sich die Friktionsfeder in Richtung des Pfeiles 15 wieder in die Ursprungslage zurück.If the heating coil of the bimetal arm is connected to voltage due to an excess temperature, this takes place As a result of the onset of heating, the bimetal arm bends, d. H. the plunger 8 presses against the Actuator 9 and thereby triggers a switching operation on the switch, which is the heat source for the room heating switches off. Because the operating force for the switch is smaller than that due to friction the force generated by the friction spring is triggered of the switch without the friction spring changing its position. The actuator 9 is after shutdown the heat source passed into the position shown in dashed lines and is on a not shown Stop came to the plant. It is held in this position by the plunger. As the heating of the bimetal arm continues, the bimetal arm continues to curve, d. H. it presses with that The plunger now acts against the actuating member 9 with a force of 1000 g. This force is made up of the frictional component at the fastening point, which is 700 g and the portion originating from the tension spring 13 of 300 g together. The bimetal arm goes in the direction of the arrow when the friction spring is turned 14 in the position shown in dashed lines. The dead path of the bimetal arm is thus caused by a change compensated for its mounting position. If the room temperature falls below the switch-off limit of the Contact thermometer, then the heating of the Bir metal arm is switched off, d. i.e., it begins gradually to stretch again and releases the actuator 9, which under its own spring action re-springs. As a result of the particularly strong temperature gradient after switching off the heating the stretching of the bimetal arm in the first phase after switching off relatively quickly in front of you, so that the actuator is released immediately, which in turn closes the switch for the Causes heat source. The plunger lies with its back on the end of the screw 10, the now serves as a support point for the return of the friction spring. When stretching the bimetal arm the friction spring moves in the direction of arrow 15 back to the original position.

Die Feder 13 soll die infolge der Reibung der Friktionsfeder an ihrer Unterlage auftretende Verformung des Bimetallstreifens im Ruhezustand möglichst gering halten. Bei der Rückführung der Friktionsfeder wirkt nämlich auf den sich am Festanschlag abstützenden Bimetallarm ohne die Feder 13 eine Kraft von 700 g, wenn die obengenannten Kraftverhältnisse zugrunde gelegt werden. Die am Bimetallarm wirksame Kraft beträgt jedoch infolge der Wirkung der Feder 13 nur 400 g, da ja 300 g durch diese Feder kompensiert werden. Die Feder sorgt also dafür, daß der Bimetallarm im Ruhezustand weitgehendst entspannt ist.The spring 13 is intended to cope with the deformation occurring as a result of the friction of the friction spring on its base keep the bimetallic strip as low as possible when not in use. In the repatriation of the This is because the friction spring acts on the bimetal arm supported on the fixed stop without the spring 13 a force of 700 g if the above force ratios are used as a basis. The one on the bimetal arm effective force is only 400 g due to the action of the spring 13, since 300 g through this spring can be compensated. The spring thus ensures that the bimetal arm is at rest is largely relaxed.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der Bimetallarm 1 an einem Winkel 16 angebracht, dessen einer Schenkel durch eine leicht gekrümmte Platte 17 gebildet wird. Die Platte wird mit Hilfe eines Schraubbolzens 18 an einer Unterlage 19 festgehalten. Der Schraubbolzen besitzt an seinem Gewindeteil Muttern 20, 21, die die Platte 17 mit HiUe von Tellerfedern 22 an die Unterlage 19 andrücken. Die Unterlage 19 ist ihrerseits mit HiKe von Schrauben 23 am Gehäuse befestigt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besitzt der Bimetallarm an seinem freien Ende einen Stößel 8, der auf ein Betätigungsglied 9 für einen Schalter einwirkt und nach der anderen Seite hin durch einen Festanschlag in Form einer Schraube 10, die mit einer Mutter 12 am Gehäuse feststellbar ist, in seiner Bewegung begrenzt wird. Die Platte 17 ist bei diesem Ausführungsbeispiel starr gebildet, jedoch hat sie dieselbe Funktion wie die Friktionsfeder bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1. Die Reibungskraft an der Unterlage wird durch Veränderung der Tellerfederspannung eingestellt. In the embodiment according to FIG. 2, the bimetal arm 1 is attached to an angle 16, one leg of which is formed by a slightly curved plate 17. The plate is using a screw bolt 18 is held on a base 19. The screw bolt has on its threaded part Nuts 20, 21 which press the plate 17 with the aid of disc springs 22 onto the base 19. The base 19 is in turn fastened to the housing by means of screws 23 with HiKe. As in the embodiment according to FIG. 1 has the bimetallic arm at its free end a plunger 8, which is on a Actuating member 9 acts for a switch and to the other side through a fixed stop in the form of a screw 10, which can be fixed with a nut 12 on the housing, limited in its movement will. The plate 17 is rigid in this embodiment, but it has the same Function like the friction spring in the embodiment according to Fi g. 1. The frictional force at the The pad is adjusted by changing the disc spring tension.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist die Anordnung im wesentlichen dieselbe wie in F i g. 2, jedoch sind hier die Platte 17 und die Unterlage 19In the embodiment according to FIG. 3 the arrangement is essentially the same as in FIG. 2, however, the plate 17 and the base 19 are here

leicht verdrillt, so daß bei der Bewegung der Platte 17 auf der Unterlage die Tellerfedem in der einen Bewegungsrichtung der Platte stärker und in der anderen Richtung weniger gespannt werden. Die Verdrillung von Platte und Unterlage hat den Zweck, die durch die Reibung bedingte Verspannung des Bimetallarms bei dessen Streckung weitgehend aufzuheben. Die Verdrillung wirkt also ähnlich, wie die Feder 13 beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1.slightly twisted, so that when the plate 17 moves on the base, the disc springs in one The direction of movement of the plate must be tensed more strongly and in the other direction less. The twist The purpose of the plate and base is to tension the bimetal arm due to the friction largely to be canceled when it is stretched. So the twist works in a similar way to that Spring 13 in the embodiment according to FIG. 1.

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Claims

Claim:

Bimetal switch with a heated bimetal arm, especially for excess temperature release in the case of energy regulators for electrical room heating, in which the free end of the Switching mechanism acting bimetal arm at its fastening point with an adjustable, frictional force acting in its deflection plane can be pivoted against the mounting base is, characterized in that effective to enlarge the switching mechanism Strength and to facilitate the later stretching of the bimetal arm (1) in the vicinity the attachment point of the bimetal arm a tension spring (13) engages on this or one with the bimetal connected plate (17) and a .Reibunterlage (19) are so slightly twisted that the friction compression spring (22) increases its force in the actuation direction and decreases in the return direction.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,306,568.

1 sheet of drawings