DE2759251B2

DE2759251B2 - Zweistufen-Temperaturschalter

Info

Publication number: DE2759251B2
Application number: DE2759251A
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Roland 7000 Stuttgart Saur
Original assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Current assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Priority date: 1977-12-31
Filing date: 1977-12-31
Publication date: 1981-04-23
Also published as: US4306210A; FR2413773A1; DE2759251A1; GB2011721B; IT1100620B; FR2413773B1; IT7830698A0; GB2011721A

Description

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Halbleiterelemental) ein Kaltleiter dient

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Halbleiterelement (31) ein Heißleiter dient.

4. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Halbleiterelement (31) innerhalb des einstückigen Gehäuses (1) angeordnet ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Halbleiterelement (31) zwischen Gehäuse (1) und Kontaktsteckerplatte (8) angeordnet ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Halbleiterelement (31) als Kreisring ausgebildet ist. *o

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen kreisringförmigem temperaturabhängigem Halbleiterelement (31) und einem Stecker (9") in der Kontaktsteckerplatte (8) ein mit fingerartigen, auf dem temperaturabhängigen Halblehrelement (31) aufliegenden Federn (33) versehener Kontaktring (32) vorgesehen ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Halbleiterelement (31) scheibenförmig ausgebildet und auf bzw. im Gehäuse (1) gelagert ist.

9. Schalter nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen mit fingerartigen Federn versehenen, die scheibenförmigen temperaturabhängigen Halbleiterelemente (31) mit einem Stecker (9") in der Kontaktsteckerplatte (8) verbindenden Kontaktring.

10. Schalter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige mechanische Schaltelement aus einer an einem abgewinkelten Trägerarm (19) eines Kontaktfußes (34) gelagerten Schaltwippe (20), einer am Trägerarm (19) gelagerten, mit einer Schaltfeder (22) belasteten Schaltzunge (21) und einem Betätigungselement für die Schaltwippe (20) besteht.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekenn- *⁵ zeichnet, daß als Betätigungselement für die Schaltwippe (20) eine auf einer Membran (5) aufliegende Übertragungsscheibe (12) dient und daß die Membran (5) durch die Volumenänderung eines in einem Hohlraum (3) des Gehäuses (1) eingeschlossenen temperaturabhängigen Stoffes (10) betätigbar ist

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige mechanische Schaltelement aus einem im Hohlraum (3) des Gehäuses (1) angeordneten Bimetallstreifen (13) besteht, der an einem freien, beweglichen Ende einen Gegenkontakt (17) tragen kann, der mit einem Ein-Kontakt (14) an einem Kontaktträgerarm (15) eines Kontaktsteckers (9') bei Temperaturerhöhung zusammenwirkt

13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen (13) am Boden des Hohlraumes (3) befestigt ist

14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige mechanische Schaltelement aus einer im Hohlraum (3)-angeordneten Bimetallschnappscheibe (26) besteht, die einen mit einem Ein-Kontakt (16) an einem Kontaktfuß (34) eines Kontaktsteckers (9') bei Temperaturerhöhung zusammenwirkenden Gegenkontskt (27) aufweisen kann.

15. Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallschnappscheibe (26) am Boden des Hohlraumes (3) frei aufliegt.

16. Anwendung eines Zweistufen-Temperaturschalters nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anzeige der Betriebstemperatur bzw. Übertemperatur eines Kühlmittels im Kühlkreislauf eines Fahrzeuges.

Die Erfindung betrifft einen Zweistufen-Temperaturschalter, bestehend aus in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten, unabhängig voneinander ansprechenden temperaturabhängigen Schaltern, deren Ansprechtemperaturen unterschiedlich gewählt sind und die jeweils getrennte Stromkreise schalten sowie einer das Gehäuse abschließenden Kontaktsteckerplatte mit mindestens einem Kontaktstecker.

Ein Zweistufen-Temperaturschalter der wie vorstehend erläuterten Gattung ist im wesentlichen bereits bekannt (US-PS 38 52 698). Bei dieser bekannten Schalteranordnung sind zwei mechanische Schaltelemente in Form von Bimetall-Schnappscheiben vorgesehen, die übereinander und koaxial innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und die jeweils mit Betätigungsstangen zur separaten Betätigung entsprechender zugeordneter Kontaktelemente zusammenwirken. Diese Konstruktion ist einerseits verhältnismäßig aufwendig und andererseits sind durch die Verwendung von temperaturabhängigen mechanischen Schaltelementen die Einsatzmöglichkeiten des bekannten Zweistufen-Temperaturschalters beschränkt. Zudem ist dieser gegenüber mechanischen Schwingungen recht empfindlich, was ebenfalls einen Nachteil darstellt.

Eine ähnliche Konstruktion einer Schaltvorrichtung mit zwei getrennt zueinanderliegenden Bimetallscheiben ist ferner aus der DE-OS 19 16 464 bekannt. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Zweistufen-Temperaturschalter der eingangs definierten Art derart auszubilden, daß sich bei konstruktiver Vereinfachung und bei gleichzeitiger Verringerung des Raumbedarfes wesentlich erweiterte Einsatzmöglich-

keiten für einen derartigen Schalter ergeben.

Ausgehend von einem Zweistufen-Temperaturschalter der eingangs angegebenen Gattung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß

a) als einer der Schalter ein temperaturabhängiges Halbleiterelement dient,

b) das temperaturabhängige Halbleiterelement mit dem Gehäuse wärmeleitend und mit einem Kontaktstecker elektrisch verbunden ist, und daß

c) der andere Schalter, wie an sich bekannt, aus einem temperaturabhängigen mechanischen Schaltelement besteht, das mit einem zweiten Kontaktstekker elektrisch verbunden ist

Temperaturabhängige Halbleiterelemente, insbesondere Halbleiterwiderstände, deren Widerstandscharakteristik eine Funktion der Temperatur darstellt sind bereits bekannt So sind Halbleiterwiderstände bekannt, die einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen und als NTC-E'emente bzw. Heißleiter benannt werden. Andererseits sind temperaturabhängige Halbleiterwiderstände bekannt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen und als PTC-Widerstände bzw. Kaltleiter bezeichnet werden.

Aus der DE-AS 12 86 242 ist ein elektrisch beheiztes Gerät bekannt das zur selbsttätigen Temperaturregelung mit einem PTC-Widerstand versehen ist. Aus dieser Druckschrift ist es ferner an sich bekannt, den PTC-Widerstand mit der Heizwicklung des Gerätes in Reihe zu schalten und mit dem zu erwärmenden Gegenstand in veränderbarem Wärmekontakt zu halten. Es handelt sich jedoch nur um einen einzigen kontaktlosen Schalter in Form des PTC-Widerstandes, der auch aus mehreren parallel liegenden stabförmigen Kaltleitern aufgebaut sein kann.

Die erfindungsgemäße Konstruktionsweise des Zweistufen-Temperaturschalters bietet eine Reihe von wesentlichen Vorteilen, insbesondere wird durch die gleichzeitige Verwendung der verschiedenartig ausgebildeten Schaller der große Vorteil der Freizügigkeit sowohl in konstruktiver, d. h. in räumlich-geometrischer, als auch in funktioneller Art erzielt. Darüber hinaus zeichnet sich aber auch die erfindungsgemäße Anordnung dadurch aus, daß sie verhältnismäßig schwingungsunempfindlich ist und daß der Aufwand hinsichtlich der Justierung, der Montage der Einzelteile sowie hinsichtlich der Einhaltung entsprechender Fertigungstoleranzen recht gering ist.

Als temperaturabhängiges Halbleiterelement dient vorzugsweise ein Kaltleiter, oder auch ein Heißleiter.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft daß das temperaturabhängige Halbleiterelement innerhalb des einstückigen Gehäuses angeordnet ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das temperaturabhängige Halbleiterelement zweckmäßigerweise zwischen dem Gehäuse und der Kontaktsteckerplatte angeordnet. In vorteilhafter Weise ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung das temperaturabhängige Halbleiterelement als Kreisring ausgebildet.

Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen dem kreisringförmigen temperaturabhängigen Halbleiterelement und einem Stecker in der Kontaktsteckerplatte ein mit fingerartigen, auf dem temperaturabhängigen Halbleiterelement aufliegenden Federn versehener Kontaktring vorgesehen ist.

Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das temperaturabhängige Halbleiterelement scheibenförmig ausgebildet und auf dem bzw. im Gehäuse gelagert Hierbei können im übrigen eine oder mehrere Halbleiterscheiben Verwendung finden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft wenn ein mit fingerartigen Federn versehener, die scheibenförmigen temperaturabhängigen Halbleiterelemente mit einem Stecker in der Kontaktsteckerplatte verbindender Kontaktring vorgesehen ist

ίο In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem Ausführungsbeispiel das temperaturabhängige mechanische Schaltelement aus einer an einem abgewinkelten Trägerarm eines Kontaktfußes gelagerten Schaltwippe, einer am Trägerarm gelagerten, mit einer Schaltfeder belasteten Schaltzunge und einem Betätigungselement für die Schaltwippe gebildet Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dient als Betätigungselement für die Schaltwippe eine auf einer Membrane aufliegende Übertragungsscheibe und die Membran ist durch die Volumenänderung eines in einem Hohlraum des Gehäuses eingeschlossenen temperaturabhängigen Stoffes betätigbar.

Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das temperaturabhängige mechanisehe Schaltelement aus einem im Hohlraum des Gehäuses angeordneten Bimetallstreifen, der an einem freien, beweglichen Ende einen Gegenkontakt tragen kann, der mit einem Ein-Kontakt an einem Kontaktträgerarm eines Kontaktsteckers bei Temperaturerhöhung zusammenwirkt In zweckmäßiger Weise ist der Bimetallstreifen bei diesem Ausführungsbeispiel am Boden des Hohlraumes befestigt.

Nach einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das temperaturabhängige rnechanisehe Schaltelement aus einer im Hohlraum angeordneten Bimetallschnappscheibe, die einen mit einem Ein-Kontakt an einem Kontakt-Fuß eines Kontaktstekkers bei Temperaturerhöhung zusammenwirkenden Gegenkontakt aufweisen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ferner vorteilhaft, wenn die Bimetallschnappscheibe am Boden des Hohlraumes frei aufliegt.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung eines erfindungsgemäßen Zweistufen-Temperaturschalters dient zur Anzeige der Betriebstemperatur bzw. Übertemperatur eines Kühlmittels im Kühlkreislauf eines Fahrzeuges.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Schnappschalter,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Bimetallstreifen, und
F i g. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Bimetallschnappscheibe.

Bei den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht ein Zweistufen-Temperaturschalter aus einem Gehäuse 1 mit einem Außengewinde 2, in dem ein Hohlraum 3 angeordnet ist, sowie einer Kontaktsteckerplatte 8 mit Kontaktsteckern 9' und 9". Dabei ist die Kontaktsteckerplatte 8 mit dem Gehäuse 1 durch eine äußere Umbördelung des Gehäuses mit Bördelrand 30 unter Zwischenlage einer Dichtung 28 fest verbunden. Die Dichtung 28 kann dabei, wie in

f>5 Fi j. I dargestellt, durch einen inneren Bördelrand 29 gehalten oder in einer Stufe des Gehäuses eingelegt sein. Mit Hilfe des Außengewindes 2 wird der Temperaturschalter in ein Rohr oder ein Gehäuse

eingeschraubt, in dem ein Fluid, beispielsweise das Kühlmittel eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine fließt, wobei die Schalterbetätigung in Abhängigkeit von der Temperatur dieses Fluids erfolgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient als temperaturabhängiges mechanisches Schaltelement ein durch die Volumenzunahme eines in dem Hohlraum 3 eingeschlossenen temperaturabhängigen Stoffes betätigter Schnappschalter. Der Schnappschalter besteht aus einer Schaltwippe 20, die an einem abgewinkelten Tragarm 19 des Kontaktsieckers 9' kippbar gelagert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Lagerung mittels eines Schlitzes in der Schaltwippe 20 und eines Zapfens 23 des abgewinkelten Tragarms 19. Die Schaltwippe 20 ist mit einer durch eine Schaltfeder 22 belasteten Sch.altzunge 2! verbunden. Die Schaltzunge 21 springt zwischen einem Aus-Kontakt 24, der an der Koniiaktsteckerplatte 8 angeordnet ist, und einem Ein-Kontakt 25 um. Der Ein-Kontakt 25 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 an einem Verschlußteil 4 ausgebildet, welches elektrisch leitend ist und durch den inneren Bördelrand 29 des Gehäuses gehalten wird. Der Verschlußteil 4 weist eine vorzugsweise kreisförmige Nut auf, in der eine Membran 5 mit einem Randwulst 7 eingespannt ist. Die Membran 5 verschließt den Hohlraum 3 im Gehäuse 1, der mit einem temperaturabhängigen Stoff 10 gefüllt ist Bei dem temperaturabhängigen Stoff 10 kann es sich dabei um eine Flüssigkeit, ein Gas oder bevorzugt um eine Wachsmischung handeln. Bei einer derartigen an sich bekannten Wachsmischung erfolgt eine Zustandsänderung bei einer bestimmten genau definierten Temperatur. Durch die dabei entstehende Volumenzunahme wird die Membran 5 (in der Zeichnung nach oben) gewölbt. Auf der Membran 5 ist eine Übertragungsscheibe 12 vorgesehen, die mit der Schaltwippe 20 in Wirkverbindung steht. Erreicht oder überschreitet das Fluid, dessen Temperatur durch den Zweistufen-Temperaturschalter angezeigt werden soll, einen bestimmten Temperaturwert, dann dehnt sich der Stoff aus und der Schnappschalter schaltet um, so daß über den Kontaktstecker 9' mit abgewinkeltem Tragarm 19, Schaltzunge 21 und Kontakt 25 eine leitende Verbindung zum Gehäuse 1 geschaffen ist, welches beispielsweise an Masse liegt

Andererseits ist im Gehäuse 1 ein temperaturabhängiges Halbleiterelement 31, beispielsweise in Form eines Kreisringes angeordnet Auf diesem Halbleiterelement 31 liegt ein Kontaktring 32 mit Federzungen 33 auf. Der Kontaktring 32 ist in Verbindung mit einem Kontaktteil 18 des Kontaktsteckers 9".

Der Widerstand des temperaturabhängigen HaIbieiterelementes 31 ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Wird als temperaturabhängiges Halbleiterelement 31 ein Kaltleiter (PTC-Widerstand) verwendet, dann nimmt bei steigender Temperatur der Widerstandswert zu, bis der Stromfluß unterbrochen ist Das Halbleiterelement 31 wirkt dabei als Aus-Schalter in einem Stromkreis, der durch den Kontaktstecker 9", den Kontaktteil 18, den Kontaktring 32, das Halbleiterelement 31, das Verschlußteil 4 und das Gehäuse 1 gebildet ist

Wird als temperaturabhängiges Halbleiterelement 31 ein sogenannter Heißleiter (NTC-Widerstand) verwendet dann beginnt bei entsprechender Temperaturerhöhung der Widerstandswert zu sinken. Ein entsprechender Strom kann durch den zuvor beschriebenen Stromkreis fließen.

Vorzugsweise ist die Stärke der Schaltfeder 22 so gewählt, daß bei Abkühlung des Stoffes 10 und entsprechender Volumenverringerung die Schaltfeder 22 gleichzeitig als Rückstellfeder für die Membran 5 dient

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2 und 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1.

Das temperaturabhängige mechanische Schaltelement bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist durch

ίο einen Bimetallstreifen 13 gebildet, der im Hohlraum 3 befestigt ist. Dabei ist der Bimetallstreifen 13 zweckmäßig am Boden des Hohlraumes 3 festgelegt. Am freien Ende kann der Bimetallstreifen 13 einen Gegenkontakt 17 aufweisen, der mit einem Ein-Kontakt 14 an einem Kontaktträgerarm 15 eines Kontaktfußes 34 des Kontaktsteckers 9' zusammenwirkt, Bei Temperaturerhöhung des entsprechenden Fluids und damit des Gehäuses 1 biegt sich der Bimetallstreifen 13 von der in F i g. 2 dargestellten ausgezogenen Stellung in die gestrichelt gezeichnete Lage. Dadurch wird der Stromfluß über den Kontaktstecker 9', den Kontaktfuß 34, den Kontaktträgerarm 15, den Ein-Kontakt 14, den Bimetallstreifen 13 mit dem Gegenkontakt 17 zum Gehäuse 1 ermöglicht- Die Anordnung und Wirkungsweise des temperaturabhängigen Halbleiterelementes 31 ist gleich wie bei dem anhand Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind Anordnung und Wirkungsweise des temperaturabhängigen Halbleiterelementes 31 gleich wie bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Als temperaturabhängiges mechanisches Schaltelement wirkt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Bimetallschnappscheibe 26, die im Hohlraum 3 des Gehäuses 1 angeordnet ist. Diese Bimetallschnappscheibe 26 kann einen Gegenkontakt 27 tragen, der mit einem Ein-Kontakt 16 am Kontaktfuß 34 des Kontaktsteckers 9' zusammenwirkt Bei Temperaturerhöhung springt die Bimetallschnappscheibe 26 von der in F i g. 3 ausgezogen gezeichneten konkaven Ruhelage in die gestrichelt gezeichnete konvexe Kontaktlage. Dadurch wird wiederum der Stromfluß über den Kontaktstecker 9', den Kontaktfuß 34, den Ein-Kontakt 16, den Gegenkontakt 27 und die Bimetallschnappscheibe 26 zum Gehäuse 1 ermöglicht

Das mechanische Schaltelement des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 kann beispielsweise auch in Form eines druckempfindlichen Schaltelementes ausgeführt sein, das auf dem Verschlußteil 4 angeordnet ist und auf

so das von der Übertragungsscheibe 12 aufgrund der Bewegung der Membran 5 bei Temperaturerhöhung wegen der damit verbundenen Volumenzunahme des temperaturabhängigen Stoffes 10 im Hohlraum 3 ein Druck ausgeübt wird, so daß dieses druckempfindliche Schaltelement leitend wird.

Bei den in den Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist an dem Bimetallstreifen 13 bzw. an der Bimetallschnappscheibe 26 ein jeweils direkt daran angeordneter Gegenkontakt 17 bzw. 27 dargestellt Die Ausbildung kann jedoch auch derart getroffen werden, daß der jeweilige Gegenkontakt an einem Zwischenübertragungsglied angeordnet ist das auch als Kontaktträger wirkt und auf das der Bimetallstreifen bzw. die Bimetallschnappscheibe 26 einwirkt

Das temperaturabhängige Halbleiterelement 31 ist zweckmäßigerweise innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet kann jedoch auch außerhalb des Gehäuses angebracht sein. Die dargestellten Ausführungsbeispiele

sehen eine Schahung gegen Masse vor, nämlich über die Rohrleitung, in der das Gehäuse 1 eingeschraubt ist. Es sind aber auch Schalterausführungen möglich, bei denen jeweils zusätzliche oder gesonderte Anschlüsse für Stromeingang und .Stromausgang für die jeweilige Schaltfunktion vorgesehen sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweistufen-Temperaturschalter, bestehend aus

in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten, unabhängig voneinander ansprechenden temperaturabhängigen Schaltern, deren Ansprechtemperaturen unterschiedlich gewählt sind und die jeweils getrennte Stromkreise schalten, sowie einer das Gehäuse abschließenden Kontaktsteckerplatte mit ι ο mindestens einem Kontaktstecker, dadurch gekennzeichnet, daß

a) als einer der Schalter ein temperaturabhängiges Halbleiterelement (31) dient,

b) das temperaturabhängige Halbleiterelement (31) mit dem Gehäuse (1) wärmeleitend und mit einem Kontaktstecker (9") elektrisch verbunden ist, und daß

c) der andere Schalter, wie an sich bekannt, aus einem temperaturabhängigen mechanischen Schaltelement besteht, das mit einem zweiten Kontaktstecker (9') verbunden ist.