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Thermische Schaltvorrichtung, insbesondere für Steuerungen
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einen Betätigungsknopf trägt oder tragen kann, enthält, sowie einen Gisithebei, der drehbar auf einer parallel mit der Drehachse der Bimetallstreifen verlaufenden Achse angeordnet ist und eine'5tiltze tr'igt, Jie so ausgestaltet ist, dass sie mit dem freien Ende des andern Bimetallstreifens im Eingriff steht, um so die Einstellung des Reglers in Übereinstimmung mit der Stellung der Welle zu bringen.
Demgegenüberwerden n ; m nach der Erfindung thermische Schaltvorrichtunger. -insbesondere für Steue- rungen- der eingangs beschriebenen Art derart vorteilhaft ausgebildet, dass die Bimetall-Kompensations- vorrichtung ; deren anderes Ende im Gestell der Schalt- bzw. Steuervorrichtung geführt ist, aus mehreren bei gleicher Temperaturerhöhung gleiche Durchbiegung wie das Steuerbimetall erfahrenden-Kompensationsbimetallen aufgebaut ist, die in ihrer Gesamtheit einer. grösseren Biegewiderstand besitzen als das Steuerbimetall.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungcgemässsn thermischen Schalt- vorrichtung im Mittelschnitt dargestellt : weiters zeigen Fig. 2 einen Teil dieser Vorrichtung in Draufsicht ; Fig. 3 das Heizelement für das Steuerbimetall -vergrössert ; sowie schliesslich Fig. 4 und 5 den Anschluss
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der Fig. 4.
In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Gehäusewand der thermischen Schaltvorrichrung gemäss der Erfindung, in der eine Welle 2 fest angebracht ist. Drehbar auf dieser Welle 2 ist ein Isolierkörper 3 angeordnet, der eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, und in dem das eine Ende eines Ste aerbimetalles 4 sitzt.
Letzteres ist fest mit einem Heizelement 5 verbunden. Das freie Ende des Steuerbimetalles 4 trägt einen Stift 6. Ferner ist ein 11m die Welle 2 schwenkbarer Schwenkhebel 7 vorgesehen, dessen freies Ende mit dem Stift 6 und damit mit dem Steuerbimetall 4 verbunden ist. In einer Öffnung 8 des Schwenkhebels 7 ist das eine Ende einer Zugfeder 9 eingehängt, deren anderes Ende an einen Stift 10 eines Steuerhebels 11 angreift, welch letzterer einen seitlichen Fortsatz 15 aufweist. Der Steuerhebel 11 ist um zwei, in der Gehäusewand l und in einer nicht gezeigten, der ersten gegenüberliegenden Gehäusewand gelagerten Wellen 12 schwenkbar angeordnet. Die Schwenkbewegungen dis Steuerhebels 11 sind durch Anschläge 13,14 begrenzt. Der Fortsatz 15 des Steuerhebels 11 (s.
Fig. 1 und 2), der zur Betätigung einer nicht dargestellten Umschaltvorrichtung dient, ragt durch eine Öffnung 16 der Gehäusewand 1 aus der Steuereinrichtung heraus. Der Steuerhebel 11 weist ferner einen Schlitz 17 (s. Fig. 2) auf, der zur Aufnahme bzw. zum Durchgang der Zugfeder 9 dient. Am Isolierkörper 3 ist das eine Ende eines Kompensationsbimetallpaketes 18 befestigt, dessen anderes Ende durch eine Öffnung 19 im abgewinkelten Teil 20 des Gehäusebodens 21 mit wenig Spiel geführt ist. Die einzelnen Bimetalle des Kompensationsbimetallpaketes 18 sind gleich gestaltet wie das Steuerbimetall 4. Der Gehäuseboden 21 weist eine Aussparung 31 für ein Spezialwerkzeug auf, mit dem der Gehäuseboden 21 zwecks Justierung des Kompensationsbimetallpaketes 18 verbogenwerden kann.
Am Gehäuseboden 21 ist ferner ein, aus Isolierstoff bestehender Klemmenhorper22 undeinDeckel23 angeordnet. In dem Klemmenkörper 22- sitzen Lötösen 24, die mit einer Heizwicklung 25 (s. Fig. 3) des Heizelementes 5 durch zwei Stromleiter 26 leitend verbunden sind. Die Heizwicklung 25 besteht aus sehr dünnem, oxydierte Chrom-Nickeldraht, da sie direkt an das 220 V-Netz angeschlossen wird. Sie istauf einem Wicklungsträger 27 angebracht, der aus einigen flachgepressten Windungen von wasserabstossendem Isolierpapier besteht, las Temperaturen bis zu 2000 C aushalten kann, ohne dabei Schaden zu leiden.
Dieses Isolierpapier hat ferner die Eigenschaft, dass es bei Erwärmung erweicht, ohne dass dabei sein Zusammenhang verlorengeht. Hiezu eignet sich ein aus feinen Asbestfasern und Siliconlack hergestelltes Isolierpapier. Ein derartiges Isolierpapier weist auch eine hohe Durchschlagfestigkeit auf, was fiir den vorgesehenen Zweck günstig ist. Nach dem Anbringen der Heizwicklung wird das Heizelement 5, bestehend aus Wicklungsträger 27 und Heizwicklung 25, zur Aussenisolation zuerst mit Siliconlack getränkt, der sich zwischen den Windungen der Heizwicklung 25 mit dem Wicklungsträger 27 verbindet, und nachher mit einigen, in der Zeichnung nicht dargestellten Windungen Isolierpapier, vorzugsweise von derselben Art, wie die für den Wicklungsträger 27 verwendete, umwickelt.
Das fertige Heizelement 5 wird darauf unter Anwendung von Druck in einem Ofen ausgehärtet.
Die aus versilbertem Kupfer bestehenden, flachen und dünnen Stromleiter 26 liegen im Innern des Wicklungsträgers2' ! und sind in Aussparungen 28,29 desselben mit den Enden der Heizwicklung 25 verbunden. Da zu dieser Verbindung Weichlöten wegen des Oxydmaterials der Heizwicklung nicht möglich ist und Hartlöten die Isolation zerstören würde, während Punktschweissen für die dünne Heizwicklung wegen der Schmelzgefahr ebenfalls nicht in Frage kommt, ist die Heizwicklung 25 durch eine Quetschverbindung mit den Stromleitern 26 verbunden. Diese Quetschverbindung (Fig. 4 und 5) wird durch ein U-
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pressen dringt der verhältnismässig harte Heizdraht in das weichere Material des Klemmenstückes 30 ein. und es ergeben sich dadurch mehrere Kontaktstellen.
Eine solche Verbindung weist gegenüber derjenigen, die nur durch Wickeln der Heizwicklung über die blankgelegten Stellen der Stromleiter eriolgt, den Vorteil auf, dass siekeine variablen Übergangswiderstände aufweist, sondern eine dauerhafte Kontaktgabe gewährleistet.
In unbeheiztem Zustand der thermischen Steuereinrichtung wird der Steuerhebel 11 von der Zugfeder 9 in einer solchen Lage gehalten, dass er gegen den Anschlag 13 anliegt. Wird jetzt nach Empfang eines Steuerbefehls, z. B. über einen Fernsteuerempfänger oder von einer Schaltuhr. das Heizelement 5 an Spannung gelegt, so erwärmt letzteres das Steuerbimetall 4, und dieses biegt sich nach unten durch. Sobald sich nun das linke Ende der Zugfeder 9 soweit gesenkt hat. dass ihre Achse in die Ebene des Steuerhebels 11 zu liegen kommt, kippt letzterer gegen den Anschlag 14 um, wobei der Fortsatz 15 die beabsichtigte Umschaltung vornimmt. In dieser Lage verharrt der Steuerhebel 11 so lange. wiedie BeheizungdesSteuerbimetalles 4 andauert.
Wird die Beheizung unterbrochen, so kippt der Steuerhebel 11 nach einer gewissen Zeit wieder schlagartig in seine Ausgangslage zurück und bewirkt dabei eine Umschaltung in entgegengesetztem Sinne.
Wird die thermische Steuereinrichtung durch äussere Einflüsse erwärmt oder gekühlt, so dass eine nicht gewollte Durchbiegung des Steuerbimetalles entsteht, werden die gleichgestalteten Kompensationsbimetalle 18 ebenso stark erwärmt oder gekühlt und biegen sich um den gleichen Betrag und in gleichem Rich-
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talle 18 eine solche Drehung des Isolierkörpers 3, dass die unerwünschte Durchbiegung des Steuerbimetalles 4 kompensiert wird und daher ohne Wirkung auf denSchwenkhebel 7 und den Steuerhebel 11 bleibt.
Das eine Ende des Kompensationsbimetallpaketes bewegt sich dabei in der Führung 19, so dass es während der Durchbiegung nicht auf Druck belastet wird, was dann der Fall wäre, wenn es im abgewinkelten Teil 20 fest eingesetzt wäre. Die Temperaturkompensation ist hiebei über ein weites Gebiet wirksam, beispielsweise von mindestens -100 bis +500 C.
Durch die vorgesehene Anordnung mehrerer Kompensationsbimetalle in einem Paket 18 an Stelle eines einfachen Kompensationsbimetalles ergibt sich der Vorteil, dass bei einwandfreier Kompensation der Raumtemperatur, der vom freien Ende des Steuerbimetalles 4 zum Umlegen des Steuerhebels 11 zurückzulegende Weg verhältnismässig klein ausfällt, was auch eine entsprechend kurze Einschaltzeit zur Folge hat.
Die Kraft, die vom Steuerbimetall 4 beim Umlegen des Steuerhebels 11, z. B. auf den Anschlag 14, aufgewendet werden muss, übt nämlich auf den Isolierkörper 3 ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment aus, durch welches das freie Ende des Steuerbimetalles 4 wieder nach oben zurückbewegt wird, so dass der effektiv zurückgelegte Weg herabgesetzt wird. Weil aber das Widerstandsmoment gegen Biegung des Kompensationsbimetallpaketes 18 gegenüber einem einzelnen Kompensationsbimetall vergrössert ist, wird das Kompensationsbimetallpaket 18 durch das vom Isolierkörper 3 ausgeübte Drehmoment nur um einen entsprechend kleineren Betrag nach unten bewegt.
Dadurch dreht sich auch der Isolierkörper 3 ebenfalls nur um einen entsprechend kleineren Betrag im Uhrzeigersinn, und die Folge ist, dass der vom freien Ende des Steuerbimetalles zurückzulegende Weg ebenfalls klein ausfällt.
Durch die Anordnung von mehreren Kompensationsbimetallen wird die kompensierende Wirkung bei Änderungen der Raumtemperatur nicht beeinträchtigt, da die Durchbiegung des Kompensationsbimetallpaketes 18 wegen der gleichenDimensionierung gleich gross ist, wie diejenige des Steuerbimetalles 4. Die Kompensationsbimetalle 18 wirken dabei der Durchbiegung des Steuerbimetalles 4 nicht entgegen, da die Kompensation der Raumtemperatur hiebei wegmässig und kräftemässig erfolgt, wie bei der im Anfang beschriebenen bekannten Ausführung.
Bei der letzteren Ausführung würde bei der Anordnung von mehreren Kompensationsbimetallen die von den letzteren ausgeübte und der Durchbiegung des Steuerbimetalles entgegenwirkende Kraft entsprechend grösser werden und somit eine grössere Heizleistung erforderlich sein.
Überdies ist durch die Ausbildung der Kompensationseinrichtung als Bimetallpaket die Wärmekapazität derselben entsprechend gross, so dass der ungünstige Wärmeeinfluss des Heizelementes 5 auf die Kompensationsbimetalle 18 sich nur wenig auf die Schaltzeit auswirken kann. Es ergibt sich daher der weitere Vorteil, dass die Kompensation über ein weites Temperaturgebiet voll wirksam ist. Demzufolge kann auch aus diesem Grunde der vom freien Ende des Steuerbimetalles 4, für das Umlegen des Steuerhebels 11 zu- rückzulegende Weg sehr klein gehalten werden, ohne befürchten zu müssen, dass hiedurch bei starken Schwankungen derRaumtemperatur eine unbeabsichtigte Umschaltung erfolgt.
Infolge der oben beschrie- benen Herabsetzung des vom freien Ende des Steuerbimetalles 4 zurückzulegenden Weges ist die für den Umschaltvorgang erforderliche Arbeit entsprechend klein. Überdies ist die für die Durchbiegung des Heizelementes selbst erforderliche Arbeit dadurch klein gehalten, dass das beim Heizelement verwendete Iso-
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lierpapier bei Erwärmung erweicht und wegen seiner hohen Durchschlagfestigkeit so dünn gehalten werden kann, dass seine Biegesteifigkeit vernachlässigbar klein ausfällt. Die hohe Duichschlagfestigkeit der Aussenisolation des Heizelementes gestattet auch, dieselbe verhältnismässig dann zu halten, was den Vorteil hat, dass zwischen Heizelement und Steuerbimetall eine gute Wärmeübertragung stattfindet.
Es konnte bei einer Versuchsausführung festgestellt werden, dass die Wärmeabgabe des Heizelementes an das Steuerbimetall grösser ist als diejenige an die Luft.
Die erwähnten Massnahmen ergeben zusammen eine starke Herabsetzung der erforderlichen Heizlei- stung, was mit Rücksicht auf den Energieverbrauch insbesondere dann wichtig ist, wenn die thermische Steuereinrichtung während längerer Zeit an das Netz angeschlossen bleiben muss. Durch die Verwendung von sehr dünnen, flachen Stromleitern 26, die in der oben beschriebenen Welse in Aussparungen 28,29 des Wicklungsträgers 27 mit der Heizwicklung 25 verbunden sind, ergibt sich weiter die Möglichkeit, das Heizelement sehr flach zu bauen ; durch ihre Anordnung im Innern des Wicklungsträgers wird ferner eine grosse Durchschlagfestigkeit dieser Stromleiter gegen Masse erzielt.
Die beschriebene thermische Steuereinrichtung weist ferner den Vorteil auf, dass sie direkt an das 220 V-Netz angeschlossen werden kann, ohne Zwischenschaltung von Spannungstransformatoren oder Vorschaltwiderständen. Überdies ist die Durchschlagfestigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende der Heizwicklung und zwischen dieser und Masse sehr hoch und beträgt für die Heizwicklung gegen Masse, beispielsweise bei einer thermischen Steuereinrich-
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16 kV.
Die beschriebene thermische Steuereinrichtung eignet sich besonders zur Tarifumschaltung bei Mehr- fachtarifzählem, weil hiebei oft das Schaltbimetall während längerer Zeit geheizt werden muss, um den betreffenden Tarif beizubehalten, und es somit geboten ist, den Energieverbrauch für das Heizelement möglichst niedrig zu halten. Sie kann aber z. B. auch direkt als Schalter bzw. Umschalter für einen fernzusteuernden, elektrischen Stromkreis verwendet werden. In einem solchen Falle werden die Anschlüsse einerseits an die Welle 12 und anderseits an die Anschläge 13, 14 angebracht. Der Steuerhebel muss dann aus elektrisch leitendem Material hergestellt und von den andern, elektrisch leitenden Teilen der thermischen Steuereinrichtung, wie z. B. der Feder 9, isoliert werden.
Es ist ebenfalls möglich, den Steuerhebel 11 als Bedienungsorgan für einen kleinen, über den Fortsatz 15 gesteuerten elektrischen Schalter vorzusehen.
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Thermal switching device, in particular for controls
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carries or can carry an operating button, as well as a Gisithebei, which is rotatably arranged on an axis running parallel to the axis of rotation of the bimetallic strip and a'5tiltze, Jie is designed so that it is with the free end of the other bimetal strip in Is engaged so as to bring the setting of the regulator in accordance with the position of the shaft.
In contrast, n; m according to the invention thermal switching devices. In particular for controls of the type described at the outset, advantageously designed in such a way that the bimetal compensation device; the other end of which is guided in the frame of the switching or control device, is composed of several compensation bimetals which, in their entirety, have the same deflection as the control bimetal experienced at the same temperature increase. have greater bending resistance than the control bimetal.
In the drawing, FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a thermal switching device according to the invention in a central section: FIG. 2 also shows a part of this device in plan view; 3 shows the heating element for the control bimetallic enlarged; and finally FIGS. 4 and 5 the connection
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of Fig. 4.
In Fig. 1, 1 denotes a housing wall of the thermal switching device according to the invention, in which a shaft 2 is firmly attached. Rotatable on this shaft 2 is an insulating body 3, which has a very poor thermal conductivity, and in which one end of a Ste aerbimetalles 4 sits.
The latter is firmly connected to a heating element 5. The free end of the control bimetal 4 carries a pin 6. Furthermore, a pivot lever 7 which can pivot 11m along the shaft 2 is provided, the free end of which is connected to the pin 6 and thus to the control bimetal 4. One end of a tension spring 9 is suspended in an opening 8 of the pivot lever 7, the other end of which engages a pin 10 of a control lever 11, the latter having a lateral extension 15. The control lever 11 is arranged to be pivotable about two shafts 12 which are mounted in the housing wall 1 and in a not shown, the first opposite housing wall. The pivoting movements of the control lever 11 are limited by stops 13, 14. The extension 15 of the control lever 11 (s.
1 and 2), which is used to actuate a switching device, not shown, protrudes from the control device through an opening 16 in the housing wall 1. The control lever 11 also has a slot 17 (see FIG. 2) which is used to receive or to pass through the tension spring 9. On the insulating body 3, one end of a bimetal compensation package 18 is attached, the other end of which is passed through an opening 19 in the angled part 20 of the housing bottom 21 with little play. The individual bimetals of the compensation bimetal package 18 are designed in the same way as the control bimetal 4. The housing base 21 has a recess 31 for a special tool with which the housing base 21 can be bent for the purpose of adjusting the compensation bimetallic unit 18.
A terminal bracket 22 made of insulating material and a cover 23 are also arranged on the housing base 21. Solder lugs 24 are located in the terminal body 22 and are conductively connected to a heating coil 25 (see FIG. 3) of the heating element 5 by two current conductors 26. The heating coil 25 consists of very thin, oxidized chrome-nickel wire, since it is connected directly to the 220 V network. It is mounted on a winding support 27, which consists of a few flat-pressed turns of water-repellent insulating paper, can withstand temperatures of up to 2000 C without suffering damage.
This insulating paper also has the property that it softens when heated without losing its cohesion. An insulating paper made from fine asbestos fibers and silicone varnish is suitable for this. Such insulating paper also has a high dielectric strength, which is favorable for the intended purpose. After the heating winding has been attached, the heating element 5, consisting of winding carrier 27 and heating winding 25, is first impregnated with silicone varnish for external insulation, which connects between the turns of heating winding 25 with winding carrier 27, and then with some turns not shown in the drawing Insulating paper, preferably of the same type as that used for the winding support 27, wrapped around it.
The finished heating element 5 is then cured in an oven with the application of pressure.
The flat and thin current conductors 26 made of silver-plated copper are located inside the winding carrier 2 '! and are connected to the ends of the heating coil 25 in recesses 28, 29 thereof. Since soft soldering is not possible for this connection because of the oxide material of the heating winding and brazing would destroy the insulation, while spot welding is also out of the question for the thin heating winding because of the danger of melting, the heating winding 25 is connected to the conductors 26 by a crimp connection. This crimp connection (Fig. 4 and 5) is through a U-
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the relatively hard heating wire penetrates the softer material of the clamp piece 30. and this results in several contact points.
Such a connection has the advantage over that which is only made by winding the heating coil over the exposed points of the current conductors that it does not have variable transition resistances, but ensures permanent contact.
In the unheated state of the thermal control device, the control lever 11 is held by the tension spring 9 in such a position that it rests against the stop 13. Is now after receiving a control command, z. B. via a remote control receiver or from a timer. the heating element 5 is connected to voltage, the latter heats the control bimetal 4, and this bends downwards. As soon as the left end of the tension spring 9 has now lowered so far. that its axis comes to lie in the plane of the control lever 11, the latter tilts against the stop 14, the extension 15 performing the intended switchover. The control lever 11 remains in this position for so long. how the heating of the control bimetal 4 lasts.
If the heating is interrupted, the control lever 11 suddenly tilts back to its starting position after a certain time, thereby causing a switchover in the opposite direction.
If the thermal control device is heated or cooled by external influences, so that an undesired deflection of the control bimetal occurs, the compensating bimetallic elements 18 of the same shape are just as strongly heated or cooled and bend by the same amount and in the same direction.
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18 a rotation of the insulating body 3 in such a way that the undesired deflection of the control bimetal 4 is compensated and therefore has no effect on the pivot lever 7 and the control lever 11.
One end of the bimetallic compensation package moves in the guide 19 so that it is not subjected to pressure during bending, which would be the case if it were firmly inserted in the angled part 20. The temperature compensation is effective over a wide area, for example from at least -100 to +500 C.
The envisaged arrangement of several compensation bimetals in a package 18 instead of a simple compensation bimetal results in the advantage that with perfect compensation of the room temperature, the distance to be covered by the free end of the control bimetal 4 to turn the control lever 11 is relatively small, which is also a correspondingly short one Switch-on time.
The force generated by the control bimetal 4 when the control lever 11, for. B. must be applied to the stop 14, namely exerts a clockwise torque on the insulating body 3, by which the free end of the control bimetal 4 is moved back up again, so that the effectively covered path is reduced. But because the moment of resistance against bending of the compensation bimetal package 18 is greater than that of an individual compensation bimetal, the compensation bimetal package 18 is only moved downwards by a correspondingly smaller amount by the torque exerted by the insulating body 3.
As a result, the insulating body 3 also only rotates clockwise by a correspondingly smaller amount, and the result is that the path to be covered by the free end of the control bimetal is also small.
By arranging several compensation bimetals, the compensating effect is not impaired when the room temperature changes, since the deflection of the compensation bimetallic package 18 is the same as that of the control bimetallic 4 because of the same dimensions. The compensation bimetals 18 do not counteract the deflection of the control bimetallic 4 because the room temperature is compensated for in terms of distance and force, as in the known design described at the beginning.
In the latter embodiment, if several compensation bimetals were arranged, the force exerted by the latter and counteracting the deflection of the control bimetallic would be correspondingly greater and thus a greater heating output would be required.
In addition, by designing the compensation device as a bimetal package, the thermal capacity of the same is correspondingly large, so that the unfavorable heat influence of the heating element 5 on the compensation bimetals 18 can only have a small effect on the switching time. There is therefore the further advantage that the compensation is fully effective over a wide temperature range. As a result, for this reason too, the distance to be covered by the free end of the control bimetal 4 for turning the control lever 11 can be kept very small without having to fear that this will result in an unintentional switchover in the event of strong fluctuations in the room temperature.
As a result of the above-described reduction in the path to be covered by the free end of the control bimetal 4, the work required for the switching process is correspondingly small. In addition, the work required for the bending of the heating element itself is kept small by the fact that the insulation used in the heating element
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lier paper softens when heated and, because of its high dielectric strength, can be kept so thin that its flexural strength is negligibly small. The high impact resistance of the external insulation of the heating element also allows it to be kept relatively then, which has the advantage that good heat transfer takes place between the heating element and the control bimetal.
In a test, it was found that the heat output of the heating element to the control bimetal is greater than that to the air.
The measures mentioned together result in a strong reduction in the required heating power, which is particularly important with regard to energy consumption when the thermal control device has to remain connected to the network for a long time. The use of very thin, flat current conductors 26, which are connected to the heating winding 25 in the above-described catfish in recesses 28, 29 of the winding support 27, further enables the heating element to be built very flat; their arrangement in the interior of the winding support also results in a high dielectric strength of these conductors with respect to ground.
The thermal control device described also has the advantage that it can be connected directly to the 220 V network without the interposition of voltage transformers or series resistors. In addition, the dielectric strength between the beginning and the end of the heating winding and between this and ground is very high and is for the heating winding to ground, for example in a thermal control device
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16 kV.
The thermal control device described is particularly suitable for tariff switching with multiple tariff counters, because the bimetal switch often has to be heated for a long time in order to maintain the tariff in question, and it is therefore necessary to keep the energy consumption for the heating element as low as possible. But you can z. B. can also be used directly as a switch or toggle switch for a remote-controlled electrical circuit. In such a case, the connections are attached on the one hand to the shaft 12 and on the other hand to the stops 13, 14. The control lever must then be made of electrically conductive material and from the other, electrically conductive parts of the thermal control device, such as. B. the spring 9, are isolated.
It is also possible to provide the control lever 11 as an operating element for a small electrical switch controlled by the extension 15.