Was ist ein Bimetallstreifen?

Ein Bimetallstreifen ist ein einfaches Gerät, das thermische Energie in mechanische Bewegung umwandelt. Es wird als thermisch aktivierter Schalter oder Wärmeanzeiger verwendet und arbeitet nach dem Prinzip der unterschiedlichen Ausdehnung erhitzter unterschiedlicher Metalle. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die miteinander verbunden werden, um einen geraden, flachen Streifen oder eine konzentrische Spule zu bilden. Wenn der Streifen erhitzt wird, erwärmt sich eines der Metalle und dehnt sich schneller aus als das andere, wodurch sich der Streifen verbiegt. Diese mechanische Auslenkung wird dann auf verschiedene Weise genutzt, um elektrische Schaltkreise zu schalten oder eine Skala auf eine bestimmte Heizwertanzeige zu bewegen.

Wenn ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas erhitzt wird, beginnen sich seine Moleküle voneinander wegzubewegen, was zu einer Ausdehnung führt. Solange ein erhitztes Material nicht irgendwann eingeschlossen ist, dehnt es sich ausgeglichen aus. Wenn aus irgendeinem Grund das Material entlang einer seiner Oberflächen eingedämmt oder daran gehindert wird, sich auszudehnen, wird die ungehinderte Ausdehnung im Rest des Materials dazu führen, dass es sich verbiegt oder verbiegt. Offensichtlich erwärmen sich einige Materialien je nach ihrer molekularen Struktur schneller oder dehnen sich stärker aus als andere. Wenn zwei solche unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden, wird dasjenige, das sich langsamer erwärmt, die Ausdehnung entlang einer Seite des anderen einschränken und dieses Verformungsphänomen verursachen.

Dieses Prinzip der thermischen Verformung unterschiedlicher Materialien wird genutzt, um wärmebedingte mechanische Bewegungen in einer Vielzahl von Elektro- und Messgeräten bereitzustellen. Bimetallstreifen bestehen im Allgemeinen aus zwei unterschiedlichen Metallen, wobei Messing und Stahl sowie Kupfer und Stahl typische Kombinationen sind. Die beiden Materialien werden typischerweise zusammengeschweißt, hartgelötet oder genietet, um eine gleichmäßige, sichere Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen herzustellen. Bimetallstreifen können als gerade oder konzentrische Schraubenfederelemente ausgebildet sein. Ihre physikalische Verformung beim Erhitzen wird dann auf vielfältige Weise genutzt, um unterschiedliche Funktionen zu erfüllen.

Eines der gebräuchlichsten Verfahren zur Ausnutzung der Ablenkung eines Bimetallstreifens besteht darin, den Streifen als elektrischen Kontakt zum Herstellen oder Unterbrechen von Stromkreisen zu verwenden. Heizungsthermostate sind ein gutes Beispiel für diese Art von Anwendung und verwenden den geraden, unbeheizten Streifen, um den Kontakt mit einem Schaltpunkt aufrechtzuerhalten und den Heizkreis aktiv zu halten. Wenn die Temperatur auf einen vorbestimmten Punkt ansteigt, erwärmt sich der Streifen und biegt sich, wodurch der Stromkreis unterbrochen und die Heizung abgeschaltet wird. Kühlt das Band wieder ab, richtet es sich wieder auf und reaktiviert den Heizkreislauf. Dadurch kann ein konstanter Temperaturbereich eingehalten werden.

Der Bimetallstreifen vom Spulentyp neigt dazu, sich abzuwickeln, wenn er erwärmt wird, und dreht die Nadel eines Thermometers vom Zeigertyp, um einen Temperaturwert anzuzeigen. Bimetallstreifen werden auch als thermische Überlastvorrichtungen verwendet, um die Stromversorgung elektrischer Geräte zu unterbrechen, wenn sie übermäßigen Strom ziehen oder physikalisch überhitzen. Die bekannten Ausdehnungseigenschaften der verschiedenen Metalle im Bimetallstreifen ermöglichen eine sehr genaue Anpassung dieser Vorrichtungen, um bei genauen Temperaturen zu arbeiten. Dies macht die Streifen zu einer zuverlässigen und kostengünstigen Methode, um Wärme als Steuer- oder Messeingang zu nutzen.