Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie funktioniert dieser Thermostat?


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von Gerold (Gast)


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Aus einem Warmwasserboiler kommen zwei Drähte (massiv), die in eine 
Thermostateinheit (Ein-/Ausschalter, Wassertemperatur einstellen) gehen. 
Mir ist aufgefallen, das der Thermostat auch dann die Temperatur 
berücksichtigt (schaltet), wenn keine Spannung anliegt.

Nach welchem Prinzip funktioniert dieser Thermostat?

von Harald W. (wilhelms)


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Gerold schrieb:

> Nach welchem Prinzip funktioniert dieser Thermostat?

Meistens mit einem Bimetallstreifen.

von Gerold (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Gerold schrieb:
>
>> Nach welchem Prinzip funktioniert dieser Thermostat?
>
> Meistens mit einem Bimetallstreifen.

Wie arbeiten der Bimetallstreifen*1 und das Handrad, an dem die 
Temperatur eingestellt wird zusammen?

*1 Der kann doch nur Ein/Aus?

von Peter II (Gast)


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Gerold schrieb:
> Wie arbeiten der Bimetallstreifen*1 und das Handrad, an dem die
> Temperatur eingestellt wird zusammen?

damit wird der Abstand zum kontakt verändert.

von Horst (Gast)


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Gerold schrieb:
> Wie arbeiten der Bimetallstreifen*1 und das Handrad, an dem die
> Temperatur eingestellt wird zusammen?

Vereinfacht: Das Handrad verbiegt den Bimetalstreifen, so daß er bei 
unterschiedlichen Temperaturen den anderen Kontakt berührt.

von Teo D. (teoderix)


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von Gerold (Gast)


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Bimetalstreifen? Kapillarrohrthermostate?

Die beiden Drähte aus dem Boiler die zur Thermostateinheit gehen sind 
ca. 40 cm lang. Werde nachher ein Photo machen und hier einstellen.

von Harald W. (wilhelms)


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Gerold schrieb:

> Bimetalstreifen? Kapillarrohrthermostate?
>
> Die beiden Drähte aus dem Boiler die zur Thermostateinheit gehen sind
> ca. 40 cm lang. Werde nachher ein Photo machen und hier einstellen.

Es gibt viele Möglichkeiten zum Bau von Thermostaten. Bimetall
ist m.E. die einfachste. Dessen Funktion kann man am einfachsten
beim Öffnen eines Raumthermostaten erkennen (Achtung, anliegende
Spannung beachten!). Geschlossene Thermostaten in Warmwasser-
geräten funktionieren dann ähnlich.

von Gerold (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Gerold schrieb:
>
>> Bimetalstreifen? Kapillarrohrthermostate?
>>
>> Die beiden Drähte aus dem Boiler die zur Thermostateinheit gehen sind
>> ca. 40 cm lang. Werde nachher ein Photo machen und hier einstellen.
>
> Es gibt viele Möglichkeiten zum Bau von Thermostaten. Bimetall
> ist m.E. die einfachste. Dessen Funktion kann man am einfachsten
> beim Öffnen eines Raumthermostaten erkennen (Achtung, anliegende
> Spannung beachten!). Geschlossene Thermostaten in Warmwasser-
> geräten funktionieren dann ähnlich.

Das kann schon alles so richtig sein. Nur, wie ist das Zusammenspiel 
zwischen Bimetallschalter und dem Handrad mit dem die Temperatur (20 bis 
70 °C) eingestellt wird?

von NurEinGast (Gast)


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von Henrik V. (henrik_v)


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Gerold schrieb:
> Das kann schon alles so richtig sein. Nur, wie ist das Zusammenspiel
> zwischen Bimetallschalter und dem Handrad mit dem die Temperatur (20 bis
> 70 °C) eingestellt wird?

Kennst Du den Knackfrosch (Kinderspielzeug)?
Ab einem Bestimmten Druck ändert der durch Prägung vorgespannte 
Blechstreifen seine Form und biegt sich schnell nach unten solange dann 
eine (geringere) Kraft einwirkt.
Das ist schon mal schön um Kontakte umzuschalten. (Wird auch gerne dafür 
verwendet)

Dieser (oder ein daneben liegender, Deinen Daumen ersetzender) 
Blechstreifen ist jetzt aus Bimetall (Wikipedia lesen wenn unbekannt), 
der sich in Abhängigkeit der Temperatur verbiegen will, bzw eine 
temperaturabhängige Kraft ausübt. Wird die Kraft hoch genug (weil die 
Temperatur steigt) wird der Knackfrosch/Schalter umgelegt. Weil jetzt 
eine geringere Kraft ausreicht diese Position beizuhalten, wird auch 
gleich eine Hysterese im Regelbereich erziehlt :)

Durch eine Schraube (Handrad oder Justierschraube) wird die Vorspannung 
des Knackfroschbleches geändert oder auf andere Weise die Kraft 
eingestellt, die der Bimetallstreifen aufbringen muss, um zu schalten.

Wie schon geschrieben, am Besten mal so einen Schalter besorgen 
(Sperrmüll, Pollin ...) und damit spannungsfrei rumspielen. Die Dinger 
sind billig und robust , man findet sie in Herden, Bügeleisen und 
überall da wo auch schon vor der Zeit von µControllern und billiger 
Elektronik elektromechanisch Temperaturen geregelt werden mussten.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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In jedem Bügeleisen ist so ein mechanisch einstellbarer Thermostat drin.
Kann natürlich heute auch mit Elektronik gelöst sein, schon eine Weile 
her, dass ich das gesehen habe.

von Bastler (Gast)


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Gerold schrieb:
> Die beiden Drähte aus dem Boiler die zur Thermostateinheit gehen sind
> ca. 40 cm lang.

Dann sind das sicher ein Kapillarrohrthermostat. Aber zwei Drähte?

Das Kapillarrohr ist wie gesagt ein Rohr, an der Stelle wo die 
Temperatur gemessen werden soll sitzt ein etwas größerer Zylinder der 
enthält eine Flüssigkeit. Die funktioniert wie bei einem Thermometer und 
steigt mit steigender Temperatur in der Kapillare hoch - an der anderen 
Seite im Thermostat hat man also einen temperaturabhängigen Druck, den 
man mit dem Druck den man am Einstellrad erzeugt "vergleicht" und 
entsprechend einen Kontakt schaltet. Ganz grob. Das gibts sicher 
woanders besser erklärt, in dem Wiki-Link weiter oben vielleicht?

von Teo D. (teoderix)


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Bastler schrieb:
> Aber zwei Drähte?

Zwei Messpunkte?!

von Thomas R. (sunnyingtom)


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Gerold schrieb:
> Das kann schon alles so richtig sein. Nur, wie ist das Zusammenspiel
> zwischen Bimetallschalter und dem Handrad mit dem die Temperatur (20 bis
> 70 °C) eingestellt wird?

Vereinfacht:

Solltemperatur = 20 °C wenn das Bimetall 1 mm gebogen ist: Kontakt EIN
Solltemperatur = 40 °C wenn das Bimetall 2 mm gebogen ist: Kontakt EIN
Solltemperatur = 60 °C wenn das Bimetall 3 mm gebogen ist: Kontakt EIN

und so weiter...

von Teo D. (teoderix)


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Christoph K. schrieb:
> In jedem Bügeleisen ist so ein mechanisch einstellbarer Thermostat drin.

Die sind offen, da könnte man sich das mal genauer ansehen.

von X. X. (chrissu)


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Nee,
Da ist eigentlich immer das Knackfroschprinzip mit im Spiel...

Rein den Kontaktabstand zu ändern, erzeugt zu wenig Anpressdruck für 
guten Kontakt für höherer Ströme.

Über das Handrad wird der Knackfrosch dann verschieden vorgespannt.

von Teo D. (teoderix)


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von Erklärbär (Gast)


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NurEinGast schrieb:
> So -
>
> https://www.previval.org/w/images/b/b1/Bimetallthermostat.png

In diesem Bild fehlt etwas... Dynamik. Ich versuche das mit etwas Text 
zu kompensieren.

Das Bild zeigt ein Kontaktpaar, welches geschlossen ist, die unten 
gezeichneten Kontaktpillen berühren sich (el. Strom kann von einem 
Anschlussdraht zum anderen fliessen); es stellt den Zustand "kalt" dar.

Der linke Kontaktarm besteht aus 2 unterschiedliche Metalle, ist also 
ein *Bi*metall: Links "Invar" und rechts "Messing" (en: brass).
Massgebend ist nun der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten der 
beiden Materialien.
Der geschlossene el. Kreis lässt die Heizung... heizen, etwas Wärme 
kommt zum Schalter wo sich die nun erwärmten Materielien ausdehnen. 
Invar dehnt sich nur sehr wenig (diese Legierung heisst so weil sie in 
der Grösse besonders Invariabel bleibt), das Messing hingegen sehr. 
Diese 2 Streifen sind aber bei der Kontaktpille miteinander vernietet 
und am anderen Ende miteinander verschraubt (besser: der ganzen 
Berührungsfläche entlang verschweißt).
Ergebnis: der linke Kontaktstreifen verbiegt sich wie eine Banane. 
Innenseitig behält das Invar seine Originallänge und ist einer Zugkraft 
ausgesetzt, während aussenseitig das Messing sich verlängert und drückt.
Lenkt nun der linke Kontaktstreifen unten links nach aussen aus, 
verlieren die Kontaktpillen den Kontakt untereinander, sie berühren sich 
nicht mehr. Der el. Kreis wird unterbrochen, der Heizvorgang setzt aus.

Kühlt das Ganze ab nimmt der Bimetallstreifen wieder seine ursprüngliche 
Form an, wird wieder gerade. Invar und Messing sind wieder gleich lang. 
Die Kontaktpillen nehmen wieder Berührung auf und schliessen den el. 
Kreis wieder.
Das Spiel beginnt von vorne.

Ab welcher Temperatur nun die Kontaktpillen Berührung verlieren, lässt 
sich mit der Schraube rechts, mit Drehknopf, beeinflussen: ragt die 
Schraubenspitze so weit nach innen dass das Kontaktarmpaar in kaltem 
Zustand bereits ein bisschen nach links gedrückt ist, Bedarf es 
entsprechend mehr Wärme, höhere Temperatur, bis der linke Kontaktarm 
sich so weit verbogen hat, dass die Kontakte öffnen.

Was dieses Bild nicht zeigt ist die "Knackfrosch"-Bauweise. Letztere 
hilft dass sich die Kontaktpillen schlagartig zackig öffnen und 
schliessen, verringert also Funkenbildung und einhergehenden 
Kontaktabbrand.
Dieser Vorgang ist unabhängig von Bestromung und deshalb auch bei nicht 
angeschlossenem Gerät höhrbar (so die Temperaturschwelle auch unter die 
herrschende Umgebungstemperatur stellbar ist).

von Lothar K. (megastatic)


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Vielleicht sind es beim TE 2 Kapillarrohre und die werden als "Drähte" 
erkannt.
Gibt es denn schon Bilder???

von Erklärbär (Gast)


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Teo D. schrieb:
> Bastler schrieb:
>> Aber zwei Drähte?
>
> Zwei Messpunkte?!

Ich denke das sind eher die Anschlüsse der Heizspirale an sich.
Es wird darauf gesetzt dass der Thermostat (der Bimetallschalter) an 
einer Stelle beim Boiler montiert ist wo er ein wenig Wärme abbekommt.

So ein Thermostat kann keine 10cm vom Boilermantel weg montiert sein: 
sonst schaltet er erst ab, wenn die Raumtemperatur die "Kochtemperatur" 
erreicht hat!  ;-)

von Sven L. (sven_rvbg)


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Lothar K. schrieb:
> Vielleicht sind es beim TE 2 Kapillarrohre und die werden als "Drähte"
> erkannt.

Ja z.B. einmal für ein Thermometer und einmal für den Thermostat, oder 
es sind ein Thermostat und ein STB verbaut?

von Erklärbär. Neu: mit Kristallkugel! (Gast)


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Lothar K. schrieb:
> Vielleicht sind es beim TE 2 Kapillarrohre und die werden als "Drähte"
> erkannt.
> Gibt es denn schon Bilder???

Bilder werden die Raterei beenden und auch zeigen ob irgendwo Anschlüsse 
für die Heizschlange sind... (also insgesamt doch mehr als 2?)

von stb/stw (Gast)


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X. X. schrieb:
> Nee,
> Da ist eigentlich immer das Knackfroschprinzip mit im Spiel...



Boiler, da muss man die Temperatur im Inneren bestimmen.

Bimetallgeschichten funktionieren dann wenn es genügt 
Oberflächentemperaturen zu erfassen und das Schaltelement die 
Mediumtemperatur annehmen kann, e.g. Wasserkocher das ist eher eine 
Notabschaltung beim Bügeleisen ist die Temperatur auf beiden Seiten der 
Auflagefläche nicht so sehr unterschiedlich.

Es ist wenig praktikabel Temperaturen a la heatpipe aus dem 
Kesselinneren  nach aussen zu führen.

----

Im einfachsten Fall sitzt am Ende eines Kapillarrohres auf der Membran 
eine Stahlkugel die einen Schnappschalter betätigt und dieser wird 
einfach etwas näher oder weiter weg positioniert.

von Teo D. (teoderix)


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Erklärbär schrieb:
> In diesem Bild fehlt etwas... Dynamik. Ich versuche das mit etwas Text
> zu kompensieren.

Thy :)

Erklärbär schrieb:
> Boilermantel

Mom ist das noch ne Blackbox für uns!

Aber bei nem 'Boiler' hab ich das auch noch nich gesehen. Warum auch, da 
gibts sicher keine kritische Temperaturverteilung.

von Erklärbär. Neu: mit Kristallkugel! (Gast)


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stb/stw schrieb:
> X. X. schrieb:
>> Nee,
>> Da ist eigentlich immer das Knackfroschprinzip mit im Spiel...
>
>
>
> Boiler, da muss man die Temperatur im Inneren bestimmen.

Mangels Bild wissen wir ja nicht wo der Thermostatschalter am Boiler 
platziert ist...

von stb/stw (Gast)


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Erklärbär. Neu: mit Kristallkugel! schrieb:
> stb/stw schrieb:
>> X. X. schrieb:
>>> Nee,
>>> Da ist eigentlich immer das Knackfroschprinzip mit im Spiel...
>>
>>
>>
>> Boiler, da muss man die Temperatur im Inneren bestimmen.
>
> Mangels Bild wissen wir ja nicht wo der Thermostatschalter am Boiler
> platziert ist...


K.A. was "uns" da an Infos fehlen sollte als das man ohne Not zu 
seitenlangen philosophischen Erörterungen ausholt.

>> Die beiden Drähte aus dem Boiler die zur Thermostateinheit gehen sind
>> ca. 40 cm lang. Werde nachher ein Photo machen und hier einstellen.


Da haste eins:

https://www.rothcoag.ch/de/boilerthermostat-mit-sicherheitsbegrenzer-3-polig-1.html

von Schreiber (Gast)


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stb/stw schrieb:
> Boiler, da muss man die Temperatur im Inneren bestimmen.

Wenn man den Thermostat unter die obligatorische Wärmedämmung steckt, 
reicht es die Temperatur außen am Behälter zu bestimmen.
Ist billiger...

von stb/stw (Gast)


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Schreiber schrieb:
> stb/stw schrieb:
>> Boiler, da muss man die Temperatur im Inneren bestimmen.
>
> Wenn man den Thermostat unter die obligatorische Wärmedämmung steckt,
> reicht es die Temperatur außen am Behälter zu bestimmen.
> Ist billiger...


Ja, nicht unbedingt drinnen im Medium das brauchts ja auch garnicht. 
Drinn an passender Stelle irgendwo im Gerät war gemeint.  Aber halt 
relativ weit weg von Schalter und Temp.-vorgabe, entfernt von 
empfindlichen Bedienerpfoten, da gibts danne ein Tasche oder ein Stueck 
Rohr welches in den Kessel hineinragt oder auch blos drangeschweisst ist 
und dort hinein steckt/klemmt man den 'Fühler' trocken. Braucht man sich 
doch blos angucken, jdf. mit einem Bimetall kommt man da nicht so weit, 
räumlich. Bei einem Heizkessel sinds halt eben meist zwei getrennte. 
Thermostat und Sicherheitstemperaturbegrenzer/-wächter getrennt, die 
muss man dann nach übertertemp. und ggf. Fehlersuche und -beseitung 
manuell entsperren. Gibts aber auch kombiniert und dann kommen eben zwei 
vermeintlich massive Drähte raus.

Vlt. hat er aber auch was ganz extravagantes dolles und neuartiges.
Vermutlich wird mans eh nie erfahren. so genug gesabbelt :)

   Sicherheitstemperaturbegrenzer /-wächter

von Harald W. (wilhelms)


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stb/stw schrieb:

> Vlt. hat er aber auch was ganz extravagantes dolles und neuartiges.

Nun, inzwischen gibt es auch in preiswerten Geräten mehr und mehr
elektronische Temperaturregelschaltungen.

von Schreiber (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Nun, inzwischen gibt es auch in preiswerten Geräten mehr und mehr
> elektronische Temperaturregelschaltungen.

... die meist noch unzuverlässiger wie ein Bimetallschalter sind. Liegt 
wohl am Preis und der Qualität.

Bei Boilern wird das aber noch eine Weile dauern, bei 2kW braucht der 
Triac ja einen großen und daher teuren Kühlkörper. Ein Relais wäre 
allerdings noch teurer...

stb/stw schrieb:
> Aber halt
> relativ weit weg von Schalter und Temp.-vorgabe, entfernt von
> empfindlichen Bedienerpfoten, da gibts danne ein Tasche oder ein Stueck
> Rohr welches in den Kessel hineinragt oder auch blos drangeschweisst ist
> und dort hinein steckt/klemmt man den 'Fühler' trocken.

Na ja, ein aufgeschweißter Gewindebolzen und ein Klecks Wärmeleitpaste 
reicht auch. Ist billiger...
Der (natürlich nicht rücksetzbare) Sicherheitstemperaturbegrenzer steckt 
meist direkt im Heizstab.
Die genaue Platzierung des Thermostaten ist bei einem Warmwasserboiler 
unkritisch, das Wasser sorgt durch Konvektion schon für eine halbwegs 
gleichmäßige Temperaturverteilung.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Anstelle einer Mechanik nutzen manche Bimetall-Thermostate einen 
Magneten, um den Schmitt-Trigger (Knackfrosch) Effekt zu erzeugen.

Der Magnet befindet sich parallel zu den elektrischen Kontakten. Er 
zieht die Kontakte zusammen, bis sie durch das Bimetall stark genug 
auseinander gezogen werden.

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