Was ist ein Bimetallstreifen?
Ein Bimetallstreifen ist ein einfaches Gerät, das Wärmeenergie in mechanische Bewegung umwandelt. Es wird als thermisch aktivierter Schalter oder Wärmeanzeige verwendet und arbeitet nach dem Prinzip der unterschiedlichen Ausdehnung von erhitzten unterschiedlichen Metallen. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die zu einem geraden, flachen Streifen oder einer konzentrischen Spule miteinander verbunden sind. Wenn das Band erwärmt wird, erwärmt sich eines der Metalle und dehnt sich schneller aus als das andere, wodurch sich das Band verbiegt. Diese mechanische Auslenkung wird dann auf verschiedene Arten genutzt, um elektrische Stromkreise zu schalten oder eine Wählscheibe zu bewegen, um eine Wärmewertangabe zu erhalten.
Wenn ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas erhitzt wird, beginnen sich seine Moleküle voneinander zu entfernen, was zu einer Expansion führt. Solange ein erwärmtes Material irgendwann nicht mehr enthalten ist, dehnt es sich ausgeglichen aus. Wenn das Material aus irgendeinem Grund an einer seiner Oberflächen eingeschlossen ist oder daran gehindert wird, sich auszudehnen, bewirkt die ungehinderte Ausdehnung im Rest des Materials, dass es abgelenkt oder gebogen wird. Offensichtlich erwärmen sich einige Materialien je nach Molekülstruktur schneller oder dehnen sich stärker aus als andere. Wenn zwei derart ungleiche Materialien aneinander haften, wird dasjenige, das sich langsamer erwärmt, die Ausdehnung entlang einer Seite der anderen einschränken und dieses Ablenkungsphänomen verursachen.
Dieses Prinzip der thermischen Ablenkung ungleicher Materialien wird verwendet, um eine wärmebedingte mechanische Bewegung in einem breiten Bereich von elektrischen Geräten und Messgeräten zu liefern. Bimetallstreifen bestehen im Allgemeinen aus zwei unterschiedlichen Metallen, wobei Messing und Stahl sowie Kupfer und Stahl typische Kombinationen sind. Die beiden Materialien werden normalerweise miteinander verschweißt, verlötet oder vernietet, um eine gleichmäßige, sichere Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen herzustellen. Bimetallstreifen können als gerade oder konzentrische Schraubenfederelemente ausgebildet sein. Ihre physische Auslenkung beim Erhitzen wird dann auf verschiedene Arten genutzt, um verschiedene Funktionen zu erreichen.
Eine der gebräuchlichsten Methoden, die Ablenkung eines Bimetallstreifens zu nutzen, besteht darin, den Streifen als elektrischen Kontakt zum Herstellen oder Unterbrechen von Schaltkreisen zu verwenden. Heizungsthermostate sind ein gutes Beispiel für diese Art von Anwendung und verwenden den geraden, nicht beheizten Streifen, um den Kontakt mit einem Schaltpunkt aufrechtzuerhalten und den Heizkreislauf aktiv zu halten. Wenn die Temperatur auf einen vorbestimmten Punkt ansteigt, erwärmt und verbiegt sich der Streifen, wodurch der Stromkreis unterbrochen und die Heizung ausgeschaltet wird. Wenn das Band wieder abkühlt, richtet es den Heizkreis gerade und reaktiviert ihn. Dadurch kann ein konstanter Temperaturbereich eingehalten werden.
Der Bimetallstreifen vom Spulentyp neigt dazu, sich beim Erhitzen abzuwickeln, und dreht die Nadel eines Zeigerthermometers, um einen Temperaturwert anzuzeigen. Bimetallstreifen werden auch als thermische Überlastungsvorrichtungen verwendet, um die Stromversorgung von elektrischen Geräten zu unterbrechen, wenn sie übermäßigen Strom ziehen oder sich physisch überhitzen. Die bekannten Dehnungseigenschaften der verschiedenen Metalle im Bimetallstreifen ermöglichen eine sehr genaue Anpassung dieser Vorrichtungen, um bei genauen Temperaturen zu arbeiten. Dies macht die Bänder zu einer zuverlässigen und erschwinglichen Methode, um Wärme als Kontroll- oder Messeingang zu verwenden.