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Elektrisch beheizte Vorrichtung.
Das Anheizen der elektrisch beheizten Vorrichtungen zum Kochen, Braten und Backen erfolgt bisher mit der grössten durch den Regelschalter einstellbaren Beheizungsstufe, also mit der stärksten Beheizung für den Dauerbetrieb. Die Anheizzeit ist daher unverhältnismässig lang, was sich besonders bei elektrischen Kochherden dann bemerkbar macht, wenn der eigentliche Koch-oder Bratvorgang an sieh nur kurze Zeit erfordert. Es ist schon vorgeschlagen worden, für das Anheizen einen Teil des Heizwiderstandes einer Kochplatte kurzzuschliessen, um dadurch in dem verbleibenden Teil des Heizwiderstandes eine übergrosse Stromstärke zu erzeugen und eine höhere Heizleistung zu erzielen, als der grössten Regelstufe für den Dauerbetrieb entspricht.
Damit wurde indessen nur eine völlig unzureichende Erhöhung der Beheizung erzielt, u. zw. unter unerwünschter ungleichmässiger Erwärmung der Kochplatte.
Nach der Erfindung wird die Vorrichtung zum Kochen, Braten oder Backen mit einer Einrichtung versehen, durch welche für die Anheizzeit eine übergrosse Leistung mittels ihres gesamten Heizwiderstandes erzeugt werden kann, d. h. eine Leistung, welche die Vorrichtung zerstören würde, wenn man sie für den Dauerbetrieb benutzte. Bevor eine Zerstörung eintreten kann, wird deshalb in beliebiger an sich bekannter Weise, beispielsweise mittels eines Thermostaten, eine Abschaltung oder Umschaltung vorgenommen. Die Auslösecharakteristik des Thermostaten wird dabei zweckmässig der Erwärmungscharakteristik der Heizvorrichtung angepasst, damit unabhängig von der Spannung die Auslösung stets dann erfolgt, wenn die Heizvorrichtung die zulässige Höchsttemperatur erreicht hat.
Man versieht die Kochvorrichtung beispielsweise mit einer Einrichtung, durch welche der Heizwiderstand an eine Spannung gelegt werden kann, die wesentlich höher ist als die für den Dauerbetrieb bestimmte. Dazu kann ein Schalter dienen, der den Widerstand für das Anheizen an zwei Aussenleiter und für den Dauerbetrieb an einen Aussenleiter und einen Mittelleiter legt. Es kann aber auch zu dem gleichen Zweck der Heizwiderstand für das Anheizen in so viele parallel geschaltete Teile zerlegt werden, dass sich bei der Betriebsspannung die gewünschte Gesamtüberlastung ergibt, oder es kann ein Transformator zur Erzeugung der Überlastung dienen.
Die zur Erzeugung der Überlastung für das Anheizen dienende Vorrichtung kann so eingerichtet sein, dass sie die Kochvorrichtung nach dem Anheizen abschaltet, so dass dann erst die gewünschte weitere Einschaltung für den Dauerbetrieb in der üblichen Weise mittels eines Regelschalters erfolgt. Man kann aber die Schaltvorrichtung für das Anheizen derart mit dem Regelschalter vereinigen, dass sich zunächst eine Überlastung ergibt und bei Beendigung der Anheizperiode eine selbsttätige Umschaltung auf die schon im voraus durch den Regelschalter eingestellte Heizstufe.
In der Zeichnung sind beispielsweise mehrere Ausführungsformen der Schaltungen bzw. des Schalters dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1-13 verschiedene Anordnungen für eine Kochplatte, deren Widerstände an zwei Aussenleiter angeschlossen werden können, die Fig. 14 eine Heizvorrichtung mit Regeltransformator und die Fig. 15, 16 und 17 dienen zur Erläuterung der Schaltungen bei Vorrichtungen, die im Dauerbetrieb mit einer künstlich erniedrigten Spannung betrieben werden.
Nach Fig. 1 sind zwei Heizwiderstände a, b vorhanden, die, wie bekannt, in verschiedener Weise an den Aussenleiter R und den Mittelleiter 0, z. B. einen Phasenleiter und den Nulleiter eines Dreiphasennetzes, angeschlossen werden können. Erfindungsgemäss ist auch ein zweiter Aussenleiter S zu dem Schalter geführt, so dass für das Aufheizen der Platte auch dieser benutzt werden kann. Der Aussenleiter S enthält einen Thermostaten d und den von ihm bedienten selbsttätigen Schalter e. In den Fig. 2-4 sind die verschiedenen üblichen Schalterstellungen dargestellt. Nach Fig. 2 sind die beiden Widerstände a, b
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parallel geschaltet. Es ist das die Stellung der höchsten normalen Belastung. Nach Fig. 3 ist nur der Widerstand a eingeschaltet zur Erzielung einer mittleren Belastung.
Nach Fig. 4 sind die beiden Widerstände a, b zwischen den Aussenleiter R und den Mittelleiter 0 hintereinander geschaltet zur Erzeugung der geringsten Belastung, die beispielsweise für das Weiterkochen oder Warmhalten benutzt wird. Fig. 5 zeigt die erfindungsgemässe Schaltung für das Aufheizen der Platte. Die beiden Widerstände a und b sind hier parallel zwischen die beiden Aussenleiter R und S geschaltet. Dabei ergibt sich beispielsweise bei einem Anschluss an ein 380/220-Volt-Netz die dreifache Belastung der gemäss Fig. 2 sonst erreichbaren Höchstbelastung. Die Anheizzeit wird damit auf etwa ein Drittel herabgesetzt.
Die erhöhte Belastung vermag der Heizdraht, ohne Schaden zu erleiden, zu ertragen, wenn er rechtzeitig abgeschaltet wird. Das könnte durch einen den jeweiligen Verhältnissen angepassten Zeitschalter erfolgen. Selbsttätig passt sich die Einrichtung veränderlichen Verhältnissen, insbesondere Spannungsschwankungen, an, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel, ein Thermostat d verwendet wird, der bei Erreichung der gewünschten Temperatur den selbsttätigen Schalter e auslöst. Nach dem selbsttätigen Abschalten des Aussenleiters S wird dann der Schalter c auf die gewünschte Betriebsstellung, beispielsweise eine der Stellungen nach den Fig. 2-4, eingestellt. Der zum Ein-und Ausschalten der Kochplatte dienende Schalter e ist bei dem Ausführungsbeispiel selbst auch mit einer Kontaktvorrichtung für die Einschaltung des zweiten Aussenleiters versehen.
In Fig. 6 ist statt des selbsttätigen Schalters e ein selbsttätiger Umschalter e'vorgesehen, welcher beim Abschalten des Aussenleiters S den Mittelleiter 0 einschaltet. Es ergibt sich dann ohne weiteres die normale Höchstbelastung gemäss Fig. 2.
Man kann aber die Anordnung auch so treffen, dass jede der für die Weiterbenutzung der Kochplatte gewünschten Schaltungen schon vor dem Aufheizen eingestellt werden kann, so dass nach dem Abschalten des zweiten Aussenleiters ohne weiteres die nach den jeweiligen Verhältnissen erwünschte Schaltung der Kochplattenwiderstände besteht. Ein Beispiel hiefür ist in den Fig. 7-9 dargestellt.
Zwischen dem Schalter c und den Heizwiderständen a, b ist hier ein selbsttätig wirkender, durch einen Thermostaten auszulösender Doppelschalter f angeordnet. Die drei Figuren zeigen die drei verschiedenen Normalstellungen, wobei jeweils die ausgezogenen Linien des Schalters f dessen Aufheizstellung und die punktierte Linien dessen Stellung für den weiteren Betrieb angeben. Fig. 7 zeigt die der Fig. 2 entsprechend Einstellung des Schalters c für höchste Normalbelastung. Solange dabei der Schalter f in der durch die ausgezogenen Linien gekennzeichneten Stellung ist, sind die beiden Widerstände a, b parallel zwischen die Aussenleiter R, S eingeschaltet.
Wird der Schalter f infolge der Wirkung des Thermostaten d umgestellt, so dass die punktiert dargestellten Verbindungen in Betracht kommen, so sind die Heizwiderstände a, b zwischen den Aussenleiter R und den Mittelleiter 0 parallel geschaltet. Die Stellung des Schalters nach Fig. 8 entspricht der Einschaltung auf Mittelbelastung gemäss Fig. 3. Bei der Stellung des Schalters f auf Anheizen sind wiederum die beiden Widerstände a und b parallel zwischen die beiden Aussenleiter R, S geschaltet. Nach der selbsttätigen Umstellung des Schalters f ist nur der Heizwiderstand a zwischen den Aussenleiter R und den Mittelleiter 0 eingeschaltet. Die Stellung des Schalters c nach Fig. 9 entspricht der Einstellung für kleinste Belastung, die in Fig. 4 angegeben ist.
Ist bei dieser Stellung des Schalters c der Schalter t auf Anheizen gestellt, so sind wiederum die beiden Widerstände a, b parallel zwischen die Aussenleiter geschaltet. Nach dem selbsttätigen Umstellen des Schalters f sind die Widerstände hintereinander zwischen den Aussenleiter R und den Mittelleiter 0 geschaltet. Der Thermostat d kann in den Aussenleiter S oder auch in die zum Verbindungspunkt der beiden Widerstände a, b führende Leitung, also hinter die Schalter, eingebaut sein. Die letztere Anordnung hat den Vorteil, dass der Thermostat bei einer vor dem Aufheizen bestehenden geringeren Belastung ebenso wie die Kochplatte schon vorgewärmt ist.
Hat man nur eine Spannung zur Verfügung, so kann man eine weitere Unterteilung der Widerstände oder ein Anzapfen der Widerstände vornehmen, um bei der bestehenden Spannung eine Über- lastung des Widerstandes herbeizuführen. Man kann auch mittels eines Zwischentransformators die Spannung für das Aufheizen erhöhen. Will man keins dieser Mittel benutzen, so kann man die Anordnung gemäss Fig. 10 und 11 verwenden und dabei die Widerstände so bemessen, dass sie bei einer Einstellung des Schalters c gemäss Fig. 11 überlastet sind. Diese Stellung dient dann zum Aufheizen. Zweckmässig werden die Widerstände so gewählt, dass zwar zur Abkürzung der Aufheizzeit eine Überlastung vorhanden ist, deren Dauer aber nicht allzu kurz bemessen zu werden braucht.
Auch in diesem Falle schaltet aber der mit Thermostat d versehene selbsttätige Schalter e rechtzeitig ab, bevor die Kochplatte Schaden leidet.
Will man die Anheizzeit vom kalten Zustand der beheizten Vorrichtung, z. B. der Kochplatte, bis zum Erreichen der eben noch zulässigen Höchstgrenze ausdehnen, d. h. die Auslösecharakteristik des Thermostaten genau der Erwärmungscharakteristik der Heizwiderstände anpassen, so muss der
Thermostat auch schon während des normalen Betriebes je nach Leistungsaufnahme der Heizwiderstände und der damit verbundenen Erwärmung der Platte erwärmt werden, obwohl er noch nicht vom Strom durchflossen wird. Das kann man gemäss Fig. 12 dadurch erreichen, dass man den Metallmantel g des
Thermostaten mit dem Metallmantel ; der beheizten Vorrichtung, beispielsweise der Kochplatte,
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metallisch verbindet und dadurch einen Wärmeübergang ermöglicht.
In dem Metallmantel g ist der
Thermostat isoliert angeordnet. Gegebenenfalls könnte man den Thermostaten auch so anbringen, dass er überhaupt nicht vom Strom durchflossen, sondern nur durch Überleitung erwärmt wird.
Nach Fig. 13 ist mit jedem Widerstand a bzw. b ein Thermostat dl bzw, d2 in Reihe geschaltet.
Die beiden Thermostaten wirken beide auf den Schalter e, und es wird dadurch erreicht, dass bei jeder
Schaltung ein für die Auslösung in Betracht kommender Thermostat vom Strom durchflossen wird.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel für den Anschluss eines Heizwiderstandes an einen Spannungsregler i, mit welchem die Belastung des Heizwiderstandes a geregelt werden kann. Auch hier sind zwei Thermostaten dl, i4. nnd ein selbsttätig wirkender Schalter el vorgesehen, der hier doppelpolig ausgeführt ist, weil ein Anschluss an zwei Aussenleiter R, S besteht. Die Auslösecharakteristik der Thermostaten muss der Erwärmungscharakteristik des Heizwiderstandes angepasst sein. Dadurch, dass der Spannungsregler i hinter dem selbsttätigen Schalter angeschlossen ist, braucht auch dieser nicht für eine Dauerleistung, welche der beim Aufheizen in Betracht kommenden Höchstbelastung entspricht, bemessen zu sein.
Es genügt ein Spannungsregler für kleinere Leistung, wenn nur dafür gesorgt ist, dass seine Erwärmungscharakteristik im Schutzbereich des Thermostaten liegt. Bei dieser Schaltung kann der Heizwiderstand sehr kräftig bemessen sein, da nur ein Widerstand benötigt wird und nicht zwei verschiedene Widerstände, wie bei den üblichen in den andern Figuren dargestellten Ausführungen. Trotzdem ist jede gewünschte Änderung der Leistungsaufnahme bis zur Höchstbelastung möglich. Zweckmässig ist die Nennspannung der Platte bei dieser Anordnung kleiner als die Netzspannung, damit man möglichst starke Widerstandsdrähte verwenden kann.
Die Fig. 15-17 beziehen sich auf eine Kochvorrichtung, bei welcher die grösste Einstellung mittels des normalen Regelschalters eine so grosse Energiezufuhr ergibt, dass eine sehr kurze Anheizzeit besteht und demgemäss für den Dauerbetrieb zur Vermeidung von Stromvergeudung eine Spannung verwendet werden soll, die niedriger ist als die Nennspannung der Vorrichtung.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 15 kann man dazu eine Schaltvorrichtung benutzen, welche der der Fig. 7 entspricht, bei der also zwischen den üblichen Schalter c und die Heizwiderstände a, b ein besonderer zweipoliger Schalter f angeordnet ist, der durch Thermostaten d in die punktiert dargestellte Lage umgestellt werden kann. Hier entspricht nun die zwischen R und S bestehende Spannung der Nennspannung der betreffenden Heizvorrichtung, z. B. der Kochplatte. Nach dem Anheizen wird deshalb eine Umstellung auf die geringere, zwischen R und 0 bestehende Spannung vorgenommen, weil sonst im Dauerbetrieb, z. B. beim Weiterkochen, die Stromstärke unnötig gross wäre.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 16 werden sämtliche Schaltungen von Hand mittels des Schalters c vorgenommen. Bei der Stellung I sind die beiden gleich grossen Widerstände a und b parallel zwischen die Aussenleiter Rund S geschaltet. Es besteht somit die grösste Wattaufnahme, etwa 3000 Watt. Bei der Stellung 11 ist nur der Widerstand a zwischen die Aussenleiter geschaltet, und es besteht demgemäss eine Aufnahme von 1500 Watt. Bei der Stellung III sind die beiden Widerstände parallel zwischen den Phasenleiter R und den Nulleiter geschaltet. Dabei ergibt sich eine Aufnahme von etwa 1000 Watt.
Bei der Stellung IV sind beide Widerstände hintereinander zwischen die Aussenleiter geschaltet, und es ergibt sich eine Aufnahme von 750 Watt. Bei der Stellung V ist nur der Widerstand a zwischen Aussenleiter R und Nulleiter geschaltet, und es ergibt sich eine Aufnahme von 500 Watt. Bei der Stellung VI schliesslich sind die Widerstände hintereinander zwischen Aussenleiter Rund Nulleiter 0 geschaltet ; es ergibt sich eine Aufnahme von 250 Watt. Praktisch wird man sich dabei mit den vier Stellungen für 3000, 1500, 1000 und 250 Watt begnügen.
Die Fig. 17 schliesslich zeigt den Einbau eines Schalters k vor den Schalter c. Mit Hilfe dieses Schalters k wird die ganze Einrichtung entweder zwischen die Aussenleiter R und S oder den Aussenleiter R und den Nulleiter 0 geschaltet. Man kann auch in diesem Falle eine selbsttätige Umschaltung mittels Thermostaten, Zeitschalters od. dgl. vornehmen. Bei allen Schaltungen wird infolge der Benutzung zweier verschieden grosser Spannungen erreicht, dass einerseits mittels einer Höchststufe eine schnelle Aufheizung herbeigeführt wird, anderseits aber die für das Weiterarbeiten gewünschten geringen Leistungen sich einstellen lassen, so dass eine Stromvergeudung unterbleibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb elektrisch beheizter Vorrichtungen zum Kochen, Braten und Backen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Verkürzung der Anheizzeit zunächst unter Benutzung des gesamten Heizwiderstandes überlastet und sodann vor ihrer Beschädigung durch die Überlastung abgeschaltet bzw. auf die gewünschte Dauerbelastung umgeschaltet wird.