Thermobimetall

Ein Bimetall (auch Thermobimetall) ist ein Metallstreifen aus zwei Schichten unterschiedlicher Materialien, die miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind. Charakteristisch ist die Veränderung der Form bei Temperaturänderung. Diese äußert sich als Verbiegung. Ursache ist der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Metalle. Diese Metalle können zum Beispiel Zink und Stahl sein oder auch Messing und Stahl.

Prinzip

Prinzipskizze Bimetall

Zwei Metalle mit unterschiedlichem Längenausdehnungskoeffizienten verlängern sich bei Erwärmung um unterschiedliche Strecken. Verbindet man die beiden Enden zweier Metallstreifen, z.B. durch Nieten oder Walzen, führt die unterschiedliche Verlängerung zu einer Verbiegung des Bimetallstreifens.

Herstellung

Bimetalle werden üblicherweise in Blech- oder Bandform hergestellt.

Die blanken, von Oxidschichten freien Metallbleche werden dabei unter Druck aufeinandergewalzt. In der Kontaktzone entsteht durch Kaltverschweißung eine unlösbare Verbindung.

Bei einer anderen Ausführung werden die Metallenden deckungsgleich mit Durchgangsbohrungen versehen und miteinander vernietet oder auch verschraubt.

Anwendung

Bimetallfeder für Startautomatik

Bei Automobil-Vergasern mit einer Startautomatik wird die Starterklappe der Automatik mit einer beheizten Spiral-Bimetallfeder nach der Warmlaufphase des Motors wieder in Normalstellung gebracht.

Zeigerthermometer mit gewickelten Bimetallstreifen

Wegen der temperaturabhängigen Formänderung von Bimetallen lassen sich Bimetallthermometer oder Temperaturschalter herstellen. Dazu wird ein Ende eines solchen Streifens befestigt; bei einer Temperaturveränderung verbiegt sich der Streifen, das freie Ende verändert seine Position und bewegt einen Zeiger (z. B. im Thermometer oder ähnlichen Dinge ) oder einen Kontakt.

Anwendung in einem US-amerikanischen, elektromechanischen Dämmerungsschalter für die Straßenbeleuchtung. Aufbau aus einem lichtabhängigen Widerstand(LDR, rechts), der in Reihe mit der Heizspule (orange) des Thermo-Bimetallschalter geschaltet ist. Im Dunkeln steigt der Widerstand des LDR, durch erkalten verbiegt sich das Bimetall und schaltet den Stromkreis ein.

Bimetalle werden zu Steuerungszwecken, wie zur temperaturabhängigen automatischen Betätigung von Ventilen, Schaltvorgängen und teilweise auch in Messinstrumenten verwendet.

In einem Temperaturschalter öffnet bzw. schließt ein Bimetallstreifen in Abhängigkeit von der Temperatur einen Kontakt, der zum Beispiel eine Heizung ein- bzw. ausschaltet.

Dauerbrandöfen besitzen teilweise einen kräftigen Bimetallstreifen, der direkt einen Schieber für die Zuluft betätigt.

Historische Kühlwasserthermostaten im Kraftfahrzeug enthielten ein Bimetall, heutige Thermostaten werden dagegen durch eine im Kühlmittelstrom liegende Kapsel betätigt, die mit einem so genannten Dehnstoff (einem Wachs) gefüllt ist.

Anwendung finden Bimetallschalter in vielen Wärmegeräten, zum Beispiel bei der Temperaturregelung von Bügeleisen und Boilern, zur Steuerung von Kaffeemaschinen, Toastern, Wasserkochern und zur Auslösung von Leitungsschutzschaltern (Sicherungsautomaten).

Wird ein Bimetall in den Stromfluss einer Glühlampe eingebaut und in der Nähe der Glühwendel platziert, so beginnt die Lampe nach kurzer Aufheizzeit zu blinken. Durch das Aufheizen wird der Stromfluss unterbrochen; beim Abkühlen wird der Stromkreis wieder geschlossen. Entsprechend funktioniert ein Bimetallrelais.