Wie funktioniert ein Bimetall-Thermometer?

Die Lichtwippe (Feuerschaukel) von Kraul funktioniert auch mit einem Bi-Metall



In einfachen Worten...

Viele Materialien dehnen sich aus, wenn sie erwärmt werden und ziehen sich wieder zusammen, wenn sie kälter werden (oder korrekter gesagt: sich abkühlen).
Daher gab es früher auch bei den Eisenbahnschienen sogenannte Dehnungsfugen: Zwischen zwei Schienen war ein kleiner Platz gelassen worden, damit sich die Schienen auch an ganz heißen Sommertagen nicht so weit ausdehnen, dass sie sich aus der Halterung biegen.
Das hört man bei alten Strecken am "kla-lagg, kla-lagg, kla-lagg" der Räder, wenn sie über die Lücken donnern.

Mittlerweile werden die Schienen einerseits auf hochstabilen Betonbohlen, statt Holzschwellen verschraubt und die Schweißtechnik ist so gut geworden (die werden jetzt auf der ganzen Querschnittsfläche verschweisst), dass die Schienen bei Erwärmung keinen Platz haben, sich auszudehnen, sondern eine innere Spannung aufbauen. (Quasie wie eine Sprungfeder, die gespannt ist: Wenn man sie loslassen würde, würde sie sich ausdehnen, aber zusammengedrückt kann sie nirgends hin.)

Zurück zum Bimetall: verschiedene Metalle dehnen sich bei Erwärmung verschieden weit aus.
Einige nur ein bischen, andere weiter.
Wenn man aber zwei Metalle mit verschiedener Ausdehnung (das ist der sogenannte Wärmeausdehnungskoeffizient) miteinander verbindet (durch Schweißen oder mit Nieten), und dann erwärmt dehnt sich das eine, wie beschrieben, ein wenig, das andere mehr aus.
Da die beiden Metalle aber miteinander verbunden sind, passiert das gleiche, wie wenn zwei Menschen Hand-in-Hand spazieren, der eine aber schneller geht: sie machen eine Kurve. Das Bimetall verbiegt sich.

Je nachdem, wie weit es sich biegt, kann man die Temperaturänderung bestimmen.
Um bei niedrigen Temperaturänderungen auch Unterschiede zu sehen, braucht man ein ganz langes stück Bimetall.
Da aber niemand Platz für ein zwei Meter langes Stück Metall als Thermometer hat, wird das Bimetall für ein sogenanntes Bimetallthermometer zu einer Schnecke zusammengerollt.
So passt es in ein kleines Gehäuse und man sieht trotzdem, wie warm es ist - und das ohne eine Lupe zu benutzen.
 


Etwas professioneller:

Ein Bimetall (auch Thermobimetall) ist ein Metallstreifen aus zwei Schichten unterschiedlichen Materials, 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.


Funktion



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


Herstellung

Bimetalle werden in Blech- oder Bandform hergestellt. Die blanken Metallbleche werden dabei unter Druck aufeinandergewalzt, in der Kontaktzone entsteht durch Kaltverschweißung eine unlösbare Verbindung.


Anwendung

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

In einem Raumtemperaturregler öffnet bzw. schließt ein gewickelter Bimetall in Abhängigkeit von der Raumtemperatur einen Kontakt, der den Brenner des Heizkessels ein- bzw. ausschaltet.

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



(per Klick vergrößern)

Zeigerthermometer mit gewickelten Bimetallstreifen

Wegen der temperaturabhängigen Formänderung von Bimetallen lassen sich somit Thermometer oder Temperaturschalter erzeugen. Dazu wird meist ein Ende eines solchen Streifens (z. B. im Thermometer) befestigt; bei einer Temperaturveränderung verbiegt sich der Streifen, das freie Ende verändert seine Position. Bei einer Anwendung als anzeigendes Thermometer kann man an einer entsprechenden Skala die Temperatur ablesen. Bei Anwendungen mit elektrischen Schalter wird durch die Positionsänderung je nach Ausführung ein Kontakt geöffnet oder geschlossen und damit ein Schaltungsvorgang ausgelöst.

Anwendung finden solche Bimetallstreifen in vielen Wärmegeräten, zum Beispiel bei der Temperatursteuerung von Bügeleisen, Kaffeemaschinen, Wasserkochern und elektrischen Sicherungen.

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.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel http://de.wikipedia.org/wiki/Bimetall aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren . verfügbar, dort kann man den Artikel bearbeiten.




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