DE19801258A1 - Temperaturabhängiges Magnetschnappsystem - Google Patents

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, wobei das Bimetall derart mit einer Kontaktfeder mechanisch verbunden ist, daß es die Kontaktfeder etwa quer zu ihrer Längsrichtung entweder in eine erste elektrische Kontaktstellung "Heizen" oder in eine zweite Kontaktstellung verlagert, wobei diese zweite Kontaktstellung alternativ "Heizung aus" oder eine elektrische Kontaktstellung "Kühlen ein" sein kann. Dabei erfolgt aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten der Übergang von der einen zur anderen Kontaktstellung unter Schnappwirkung (Oberbegriff des An­ spruches 1). 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 296 17 781 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.

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 ist, ausgehend vom eingangs ge­ nannten Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Dauermagnet mit einer hohen magnetischen Anziehungskraft bei relativ kleinem Volumen mit einer Befestigungsseite unmittelbar auf dem Bimetall ange­ bracht ist, und daß er mit seiner zur Befestigungsseite entgegengesetzt liegenden bzw. abgewandten Seite sich in einem geringen Abstand von einem Anschlag aus einem ferro­ magnetischen Material befindet, der an einer Montageplatte befestigt ist, und daß der o.g. Abstand durch Verstellen des Anschlages veränderbar ist. Es wird durch die Verkleinerung des Raumbedarfes des Magneten in Verbindung mit seiner Anbringung am Bimetall ein extrem kleines Schnappsystem geschaffen, dessen magnetische Betätigungskraft aber den Betätigungskräften der vorbekannten Anordnungen 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 we­ sentlicher Unterschied gegenüber dem eingangs erläuterten Stand der Technik, bei dem der Dauermagnet stets vom Bime­ tall 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 Magne­ ten zusammenwirken zu können.

Anspruch 2 beinhaltet eine bevorzugte Ausgestaltung des Dauermagneten an, die eine besonders hohe magnetische Anzie­ hungskraft bei sehr kleinem Raumbedarf ermöglicht.

Die Merkmale des Anspruches 3 sind eine ebenfalls bevorzug­ te, da vereinfachte Ausführung des Bimetalls. Mit der Erfin­ dung kann, wie es schon aus den vorhergehenden Ausführungen hervorgeht, eine Verlängerung des Bimetallstreifens durch einen gesonderten Streifen oder Platte aus Weicheisen ver­ mieden werden, die bei dem eingangs erläuterten Stand der Technik erforderlich waren.

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.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale sowie ihre Kombinationen untereinander sind erfindungswesentlich.

Claims (8)

1. Temperaturabhängiges Magnetschnappsystem, bei dem die Positionen eines Bimetalles durch die Anziehungskraft eines Dauermagneten und durch die jeweils auf das Bi­ metall einwirkende Raumtemperatur bestimmt sind, wobei das Bimetall derart mit einer Kontaktfeder mechanisch verbunden ist, daß es die Kontaktfeder etwa quer zu ihrer Längsrichtung entweder in eine erste elektrische Kontaktstellung "Heizen" oder in eine zweite elektrische Kontaktstellung verlagert, wobei diese zweite Kontakt­ stellung alternativ "Heizung aus" oder eine elektrische Kontaktstellung "Kühlen ein" sein kann, wobei aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten der Übergang von der einen zur anderen Kontaktstellung unter Schnappwir­ kung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauermag­ net (7) mit einer hohen magnetischen Anziehungskraft bei relativ kleinem Volumen mit einer Befestigungsseite (7') unmittelbar auf dem Bimetall (4') angebracht ist, und daß er mit seiner zur Befestigungsseite entgegengesetzt liegenden bzw. abgewandten Seite (7'') sich in einem geringen Abstand (a) von einem Anschlag (8) aus einem ferromagnetischen Material befindet, der an einer Mon­ tageplatte (2) befestigt ist, und daß der o.g. Abstand durch Verstellen des Anschlages veränderbar ist.

2. Magnetschnappsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dauermagnet aus Cobalt-Samarium.

3. Magnetschnappsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Bimetall (4, 4', 4'') in sich einstückig ist und sich von einer Befesti­ gung (15) an einem Verstellhebel (16) zu einem Mit­ telabschnitt (4') erstreckt, an dem der Dauermagnet (7) befestigt ist und daß sich am Ende dieses Mittelab­ schnittes ein Arm (4'') des Bimetallstreifens befindet, der zum Mittelabschnitt abgewinkelt ist und in einer mechanischen Wirkverbindung mit der Kontaktfeder (5) steht.

4. Magnetschnappsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dauermagnet (7) in einer im Bimetall­ abschnitt (4') vorgesehenen Vertiefung zentriert und, z. B. durch eine Verklebung, darin fixiert ist.

5. Magnetschnappsystem nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ schlag (8) als Fließpreßteil ausgebildet ist.

6. Magnetschnappsystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag (8) aus Weicheisen besteht.

7. Magnetschnappsystem nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa rundstabförmige Anschlag (8) eine Mantelfläche (8') hat, die zur Längsmittelachse (13) des Anschlages (8) exzent­ risch verläuft und daß eine Verstellmöglichkeit (14) des Anschlages (8) um seine Mittellängsachse (13) vorgesehen ist derart, daß die Größe des Abstandes (a) dieser Mantelfläche (8') von dem ihr gegenüberliegenden Dauer­ magneten (7) einstellbar ist.

8. Magnetschnappsystem nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb eines Gehäuses (1) eine Montageplatte (2) befindet, bevorzugt daran befestigt ist, die Träger der vorgenannten Bauelemente des Magnetschnappsystemes, wie des Anschlages (8) der Haltemittel des Bimetalles (4) und der Kontakte ist.