DE1640584A1

DE1640584A1 - Temperature-dependent switching element

Info

Publication number: DE1640584A1
Application number: DE19681640584
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1968-02-02
Publication date: 1970-09-24

Description

T e m p e r a t u r a b h ä ng i g e s S c h a 1 t e 1 e m e n t Die Erfindung betrifft ein temperaturabhängiges Schaltelement, insbesondere einen elektrischen Wärmeschalter, bestehend aus einer Wärmedehnmasse, die in einem, mit Deckel versehenem Gehäuse derart eingeschlossen ist, dass ihre temperaturbedingte Volumenänderung nur in einer Richtung möglich ist und zum Antrieb eines Schaltgliedes dient. Schaltelemente ähnlicher Art sind bereits bekannt. Bei ihnen ist der Deckel von einer hutförmigen Gummimembran durchsetzt, die in die Wärmedehnmasse eingebettet ist: Im Hohlraum der Gummimembran ist ein Kolben angeordnet, der ebenfalls den Deckel durchsetzt und am Innenende konisch zugespitzt ist. Wird die Wärmedehnmasse erhitzt, sä übt sie einen Druck auf die Gummimembran aus, welcher von der konischen Spitze des Kolbens in eine Längsbewegung des Kolbens umgesetzt wird. r _ Von Nachteil dabei ist die sehr grosse Reibung, die während des Aebeitshubes auftritt und eine erhebliche Wärmemenge zum Betrieb erfordert. Damit aber ist wiederum eine erhebliche Schaltverzögerung verbunden. Auch ist es von Nachteil, dass der Werkstoff der Wärmedehnmasse so ausgewählt werden muss, dass keine chemische Wechselwirkung mit der Gummimembran entsteht, die ja, wie "vom Gummi bereits bekannt, ansich nur eine relativ geringe Lebensdauer aufweist.T e m p e r a t u r a b h ä ng i g e s S c h a 1 t e 1 e m e n t Die The invention relates to a temperature-dependent switching element, in particular an electrical one Thermal switch, consisting of a thermal expansion compound in a, provided with a cover Housing is enclosed in such a way that their temperature-related change in volume is only possible in one direction and is used to drive a switching element. Switching elements of a similar type are already known. Their lid is hat-shaped Rubber membrane, which is embedded in the thermal expansion compound: in the cavity A piston is arranged on the rubber membrane, which also penetrates the cover and is conically pointed at the inner end. If the thermal expansion compound is heated, sow exercises they exert pressure on the rubber diaphragm, exerted by the conical tip of the piston is converted into a longitudinal movement of the piston. r _ A disadvantage here is the very large friction that occurs during the Aebeitstubes and one requires a considerable amount of heat to operate. But this is again a considerable one Switching delay connected. It is also a disadvantage that the material of the thermal expansion compound must be selected so that there is no chemical interaction with the rubber membrane arises, which, as "already known from rubber, is only a relatively small one in itself Has lifetime.

Bekannt sind ferner Wärmefühler aus festem Werkstoff, dessen in einer Richtung erfolgende Wärmedehnung zum Anzeigen von Temperaturänderungen dient. Solche Wärmescalter, mit einem Invarstab als Wärmefühler sind bereits bekannt. Von Nachteil ist dabei aber, dass die erzielbaren Schaltwege zu bering sind und der Werkstoff zu teuer ist.Also known are heat sensors made of solid material, its in one Direction of thermal expansion is used to display temperature changes. Such Heat switches with an invar rod as a heat sensor are already known. A disadvantage However, it is important to note that the achievable switching paths must be bering and the material is too expensive.

Verwendet man aber Werkstoffe mit grosser Wärmedehnzahl, so macht sich dabei die Wärmedehnung quer zur Anzeigerichtung erheblich bemerkbar, die insbesondere infolge des Bewegungswiderstandes des Schalters eintritt Die Folge davon sind erhebliche Anzeigeverzdgerungen.But if you use materials with a high coefficient of thermal expansion, so does the thermal expansion transversely to the display direction is significantly noticeable, in particular occurs as a result of the resistance to movement of the switch. The consequences of this are considerable Display delays.

Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, dass ein temperaturabhängiges Schaltelement geschaffen wird, bei dem erfindungsgemäss der Deckel als Federplatte ausgebildet ist und mit der Wärmedehnmasse derart in Verbindung steht, dass die Volumenänderung der Wärmedehnmasse eine Formänderung der Federplatte bewirkt.The purpose of the invention is to avoid these disadvantages by that a temperature-dependent switching element is created in which, according to the invention the cover is designed as a spring plate and with the thermal expansion compound in such a way The connection is that the change in volume of the thermal expansion compound is a change in shape the spring plate causes.

Dabei wird die Innenfläche der Federplatte zweckmässig im wesentlichen mit der gesamten von der Gehäusewandung freien Oberfläche der Wärmedehnmasse in Berührung gebracht.In this case, the inner surface of the spring plate is expediently essentially with the entire surface of the thermal expansion compound free from the housing wall in Brought in touch.

Als zweckmässig hat sich erwiesen,- die Federplatte im unbelastetem Zustand als gewölbte Platte auszubilden.It has proven to be useful - the spring plate in the unloaded State as a curved plate.

Dabei ist es möglich, das Schaltelement nach der Erfindung entweder zum Ausschalten bei Übertemperatur oder zum Ausschalt. en bei Untertemperatur auszubilden. Soll über einer bestimmten Temperatur ausgeschaltet werden, so wird nach einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung die Federplatte im ungespannten Zustand und unterhalb der Schalttemperatur so in das Gehäuse eingebaut, dass sie mit der konvexen Fläche auf der Wärmedehnmasse aufliegt.It is possible to either use the switching element according to the invention to switch off in the event of excess temperature or to switch off. to train at low temperatures. Intended to are switched off above a certain temperature, so will be after another Proposal according to the invention, the spring plate in the untensioned state and below the switching temperature so built into the housing that it matches the convex surface rests on the thermal expansion compound.

Wird der Schalter aber dazu verwendet, beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur auszuschalten, so kann die Federplatte im Gehäuse so angeordnet sein, dass sie im eingeschalteten Temperaturbereich vom Boden des Gehäuses weggewölbt und in diesem Zustand vorgespannt ist.If the switch is used, however, when falling below a certain To switch off the temperature, the spring plate in the housing can be arranged in such a way that that it bulges away from the bottom of the housing in the activated temperature range and is pretensioned in this state.

Es kann aber auf die Vorspannung verzichtet werden, wenn Wärmedehnmasse, Federplatte und Gehäuseboden einstöckig miteinander verbundan sind.However, the prestressing can be dispensed with if thermal expansion compound, The spring plate and the housing base are connected to one another in one piece.

In jedem Fall werden zweckmässig die Schalter so ausgebildet, dass das Ausschalten schlagartig erfolgt.In any case, the switches are expediently designed so that switching off occurs suddenly.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von schematischen Querschnitten näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 Schaltelemente zum Ausschalten bei Übertemperatur im eingeschalteten Zustand des Stromkreises, Fig. 3 und 4 Schaltelemente zum Ausschalten bei Untertemperatur im eingeschalteten Zustand.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments With the help of schematic cross-sections explained in more detail. 1 and 2 show switching elements for switching off in the event of excess temperature when the circuit is switched on, 3 and 4 switching elements for switching off when the temperature is low when switched on State.

In Fig. 1 sind das Gehäuse mit 1, die Wärmedehnmasse mit 2 und die Federplatte mit 3 bezeichnet.In Fig. 1, the housing with 1, the thermal expansion compound with 2 and the Spring plate designated by 3.

Als Werkstoff für die Wärmedehnmasse wird vorzugsweise Silikongummi verwendet. Es ist aber auch möglich, thermoplastische Kunststoffe, wie Hostalen, Teflon oder dgl. zu nehmen. Die Federplatte 3 ist in Fig. 1 im ungespannten Zustand dargestellt und liegt mit ihrer Innenfläche auf der Oberfläche der W@rm-Yd:.,h:@:@lasse 2 auf. Das Ge-Muse 1 ist am offenen Rand umgebördelt, sodass der Bördelrand di G= Federplatte 3 mit der Wärmedehnmasse !_r' BerUrhung hält. Der in Fig. 1 dargestellte Betriebszustand entspricht dem Ruhezustand, wenn ein an diesem Schalter angeschlossener Stromkreis eingeschaltet ist und der Schalter eine unter der Schalttemperatur liegende Temperatur aufweist.The preferred material for the thermal expansion compound is silicone rubber used. But it is also possible to use thermoplastics such as Hostalen, To take Teflon or the like. The spring plate 3 is in the untensioned state in FIG. 1 and lies with its inner surface on the surface of the W @ rm-Yd:., h: @: @ lasse 2 on. The Ge-Muse 1 is beaded at the open edge so that the beaded edge di G = Spring plate 3 with the thermal expansion compound! _R 'holds. Of the in Fig. 1 shown operating state corresponds to the idle state when there is a Switch connected circuit is on and the switch is one under the switching temperature has the temperature.

Im Abstand von der Aussenfläche der Federplatte 3, etwa im Bereich der durch ihren Rand verlaufenden Ebene ist das freie Ende eines längsverschieblichen Stiftes 4 angeordnet, der die Formänderung der Federplatte 3 in eine Längsverschiebung umwandelt.At a distance from the outer surface of the spring plate 3, approximately in the area the plane running through its edge is the free end of a longitudinally displaceable one Arranged pin 4, the change in shape of the spring plate 3 in a longitudinal displacement converts.

Wird die Wärmedehnmasse 2 erwärmt, so wird die Platte 3 nach oben ausgewölbt und nimmt dann den Stift 4 in dieser. Richtung mit, wodurch der Stromkreis ausgeschaltet wird.If the thermal expansion compound 2 is heated, the plate 3 moves upwards bulged and then takes the pin 4 in this. Direction with what makes the circuit is turned off.

Wegen der Gefahr des Abbrandes und der Funkenbildung ist es bekanntlich zweckmässig, dass das Ausschalten schlagartig erfolgt. Das ist hier der Fall, weil die Federplatte 3 im Ruhezustand bei kleinen Formänderungen den Stift 4 noch nicht mitnimmt, sondern erst, wenn die Federplatte den Leerhub 11 zurückgelegt hat. Das Zurückführen des Stiftes 4 nach Abkühl-ung der Wärmedehnmasse 2 kann entweder mit Hilfe bekannter federnder Mittel, durch das Eigengewicht des Stiftes 4 oder auch mithilfe farmschlüssiger Verbindung zwischen Stift 4 und Platte 3 erfolgen.It is well known because of the risk of burn-off and sparking expedient that the switch-off takes place suddenly. That's the case here because the spring plate 3 does not yet touch the pin 4 in the idle state with small changes in shape takes with it, but only when the spring plate has covered the idle stroke 11. That Returning the pin 4 after the thermal expansion compound 2 has cooled down can either be done with The help of known resilient means, by the weight of the pin 4 or also by means of a farm-lock connection between pin 4 and plate 3.

Zweckmässig werden alle Teile rotationssy?retrisch ausgebildet und koaxial angeordnet.All parts are expediently designed to be rotationally symmetrical arranged coaxially.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel eines solchen Schalters zeigt Figur 2; dort sind ebenso wie in den weiteren Figuren 3 und 4 für die gleichen Teile der Figur 1 die gleichen"Bezugszeichen verwendet. Jedoch sind in den-Figuren 2 - 4 der Festkontakt mit 5 und der bewegliche Kontaktpunkt mit 6 bezeichnet. Die Kontaktfeder, an welcher der Kontaktpunkt 6 angeordnet ist, trägt das Bezugszeichen Etwa in der Längsmitte weist die Feder 7 einen Buckel 8 auf, welcher bei einem bestimmten Schaltzustand mit der Aussenfläche der Federplatte 3 in Berührung steht. Die Kontaktfedern 7 sind so gebogen, dass sich der Kontaktpunkt 6 in@Richtung des Pfeiles 9 bewegen würde (Figuren 2 und 3), wenn die Kontaktfedern 7 bei 10 ortsfest eingeordnet wären und im übrigen aber ihre volle Bewegungsfreiheit hätten. Diese Funktion wird im wesentlichen durch entsprechendes Abknicken der Feder 7 an der Klickstelle 12 erreicht. Die Wirkungsweise des Schalters nach den Figuren 2 und 3 ist fol- gendes Wärmedehnmasse und Federplatte 3 sind genauso ausgebildet angeordnet und gespannt `wie für Figur 1 beschrieben. Bei eingeschaltetem Strom-und Untertemperatur ist der Buckel so angeordnet, dass er etwa die Ebene berührt, .welche die Federplatte 3 einnimmt, wenn sie eben ist. Dehnt sich die Wärmemasse 2 aus, so -folgt zunächst der Leerhub bis Bahn nach dem plötzlichen Umschnan- p.=n der federplatte der Buckel 8 mitgenommen und der Kontakt 6 plötz- ych vom Kontakt abgehoben wird. Bei diesem Betriebszustand nimmt die Federplatte 3 die in Figur 2 gestrichelt dargestellte Form an. Nach dem Abkühlen und dadurch bedingtem Schrumpfen der Wärmedehn- masse folgt die Kontaktfeder 7 vermöge ihrer Vorspannung selbsttätig der Platte 3, bis der Kontakt 6 wieder auf dem Kontakt 5 aufliegt. '- ist aber auch möglich, das Schaltelement nach der Erfindung so :a-.@szubilden, dass ein Stromkreis ausgeschaltet wird, wenn das ä..rä9altelement eine bestimmte. Temperatur unterschreitet. Aufbau und @-rordnung .der einzelnen Teile sind grundsätzlich die gleichen wie in -@.g. 2.Dargestell t ist dieser Schalter in den Figa 3 und 4 ebenfall eingeschalteten Zustand des Stromkreises, jedoch bei einer Tom:eä@a- Jlur, die über der Ausschalttemperatur liegt. in diesem Fall ist die Wärmedehnmasse 2 in der Form dargestellt, die si3 vor Unterschreiten der Übertemperatur einnimmt. Die Federplatte 5 -.'Lst in Figur 3 im vorgespannten Zustand mit ihrer konvexen Selte g2ch aussen an3oordnet. Da das Ausschalten des Stromes beim F Zciraxmpfen der UIF'.:rmedehnmasse 2 erfolgen soll, ist bei diesem e Falter der bewegliehe rontal-."tpunkt; 6 unterhalb des Festkontaktes angeordnet. Das Ausschalten düs Stromkreises erfolgt also beim AL- 7k"r r i ` r. _ Eides z u U.-a#r°a. ',!a3hy,...$.#.r`en " :;o z #.#-#n -h. zu G ##S.v b. G Aber auch in diesem Fall ist es erforderlich, dass das Ausschalten schlagartig erfolgt. Deshalb weist die Kontaktfeder 7, wie in Figur 4 dargestellt, eine weitere Biegung auf, die so ausgebildet ist, dass der Kontaktpunkt-8 während des Überganges der Federplatte 3 von der konvexen in die ebene Form mitfolgt, ohne dass der Kontaktpunkt 6 abgehoben wird. Diese Grenzstellung,bei der die Feder 7 hinsichtlich des Bogens spannungsfrei ist, ist in Figur dargestellt. Biegt sich infolge weiterer Abkühlung die Federplatte in der Zeichnung nach unten durch, so erfolgt das schlagartige Abheben des Kontaktes 6 wegen der am Punkt 12 der Feder herrschenden Vorspannung.A practical embodiment of such a switch is shown in FIG. 2; there, as in the other FIGS. 3 and 4, the same reference numerals are used for the same parts in FIG. 1. However, in FIGS. 2-4 the fixed contact is denoted by 5 and the movable contact point by 6. The contact spring on which the contact point 6 is arranged, bears the reference symbol approximately in the longitudinal center, the spring 7 has a boss 8 which is in contact with the outer surface of the spring plate 3 in a certain switching state. The contact springs 7 are bent in such a way that the contact point 6 would move in @ direction of arrow 9 (Figures 2 and 3) if the Contact springs 7 would be arranged stationary at 10 and the rest but would have full freedom of movement. This function is in the essentially by corresponding kinking of the spring 7 on the Click point 12 reached. The mode of operation of the switch according to Figures 2 and 3 is as follows Low thermal expansion compound and spring plate 3 are designed in the same way arranged and tensioned `as described for Figure 1. When the current and low temperature are switched on, the hump is like this arranged that it touches approximately the plane, .which the spring plate 3 takes when it is even. If the thermal mass 2 expands, so -first of all, the idle stroke to the track follows after the sudden p. = n of the spring plate of the boss 8 taken and the contact 6 suddenly ych is lifted from the contact. In this operating condition the spring plate 3 has the shape shown in dashed lines in FIG. After cooling and the resulting shrinking of the thermal expansion mass follows the contact spring 7 automatically by virtue of its bias of the plate 3 until the contact 6 rests on the contact 5 again. '- but it is also possible for the switching element according to the invention to do so : a -. @ s to form that a circuit is switched off when the Ä..rä9altelement a certain. Temperature falls below. Structure and @ -rorder. of the individual parts are basically the same as in -@.G. 2.Dargestell t is this switch in Figures 3 and 4 also switched on state of the circuit, but with a Tom: eä @ a- Jlur, which is above the switch-off temperature. in this case, the thermal expansion compound 2 is shown in the form that si3 assumes before falling below the overtemperature. The spring plate 5 -. 'Lst in Figure 3 in the pretensioned state with its convex rare g2ch arranged outside. Since switching off the power at the F Zciraxmpfen der UIF '.: The expansion mass 2 is to take place with this e Falter of the movable rontal -. "t point; 6 below the fixed contact arranged. The switching off of the circuit takes place with the AL- 7 k "r r i` r. _ Oath to U.- a # r ° a. ',! A3h y, ... $. # .R` en " :; oz #. # - # n -h. to G ## Sv b. G But even in this case it is necessary that the switch-off takes place suddenly. Therefore, as shown in Figure 4, the contact spring 7 has a further bend which is designed so that the contact point 8 follows during the transition of the spring plate 3 from the convex to the flat shape without the contact point 6 being lifted. This limit position, in which the spring 7 is tension-free with regard to the arc, is shown in FIG . If, as a result of further cooling, the spring plate bends downward in the drawing, the contact 6 is suddenly lifted off because of the preload prevailing at point 12 of the spring.

Werden dagegen Federplatte 7 und Wärmedehnmasse 6 einerseits, sowie Wärmedehnmasse 6 und Gehäuse5andererseits einstückig, zum Beispiel durch Wärmebehandlung nach Art einer Vulkanisation miteinander verbunden, so kann die Platte 3 nach den wie Fig. 2 - 4, auch in angespanntem Zustand auf der Wärmedehnmasse 6 angeordnet sein.On the other hand, spring plate 7 and thermal expansion compound 6 on the one hand, as well as Thermal expansion compound 6 and housing 5 on the other hand in one piece, for example by heat treatment connected to one another in the manner of vulcanization, the plate 3 can according to the As in FIGS. 2-4, also arranged on the thermal expansion compound 6 in the tensioned state be.

Bei beiden Ausführungsformen nach Fig. 2 sind besondere Elemente zur Rückführung in die Ausgangslage nicht erforderlich, da diese Bewegung durch die Volumenänderung der Wärmedehnmasse 6 bewirkt wird. __ hext und in den Zeichnungendargestellten Merkmale und oR= .. :a= @..o @F _: PLu--'baus und der Wirkungsweise der Vorrichtungen °r° @- r Er..-Fidung sind erfindungswesentlich. In the two embodiments according to FIG. 2, special elements for returning to the starting position are not required, since this movement is brought about by the change in volume of the thermal expansion compound 6. __ hext and features shown in the drawings and oR = ..: a = @ .. o @F _: PLu - 'structure and the mode of operation of the devices ° r ° @ - r Er ..- fictions are essential to the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü a h e 1. Temperature-dependent switching element, in particular electrical heat switch, consisting of a thermal expansion compound that is enclosed in a housing provided with a cover in such a way that its temperature-dependent Volume change is only possible in one direction and to drive a switching element serves, characterized in that the cover is designed as a spring plate (3) and is connected to the thermal expansion compound (2) in such a way that the change in volume the thermal expansion compound causes a change in shape of the spring plate.

2. Switching element after Claim 1, characterized in that the inner surface of the spring plate (3) in essentially with the entire surface of the thermal expansion compound free from the housing wall (2) is in contact.

3. Switching element according to claims 1 and 2, characterized in that that the housing (1) is made in one piece, approximately cup-shaped, and the spring plate (3) by rolling the edge of the housing (1) with the surface of the thermal expansion compound '(2) is kept in contact.

4. Switching element according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the housing (1) and the spring plate (3) designed circular and are arranged coaxially to one another.

5. Switching element according to claims 1 to 4, characterized in that the spring plate (3) is arched in the unloaded state is trained. n.

Switching element according to Claims 1 to 5, characterized marked that the spring plate (3) is unstressed and below the switch-off temperature is arranged with the convex surface resting on the thermal expansion compound (2).

7th Switching element according to Claims 1 to 5, characterized in that the spring plate (() stretched and above the switch-off temperature with the concave side on the Thermal expansion compound (&) is arranged lying on top. . Switching element according to claim 1 - 5, characterized in that the spring plate (3) is above the switch-off temperature arched away from the bottom of the housing (1) in the housing in the originally clamped state. arranged is, the thermal expansion compound (2) in one piece with the bottom of the housing (1) on the one hand and is connected to the spring plate (3) on the other hand. Switching element according to the claims 1 to 8, characterized in that the material of the thermal expansion compound (2) is silicone rubber is. l0.Schaltelement according to claims 1 to 8, characterized in that as "lerkstoff for the thermal expansion compound (2) a thermoplastic such as Hostalen, Teflon or the like. Serve.