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Regelvorrichtung für elektrische Heisswasserbereiter od. dgl.
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für elektrische Heisswasserbereiter od. dgl., wobei ein den Wärmeinhalt des Gebrauchswassers ermittelnder Fühler über ein selbsttätiges Steuerungssystem mit einemSchalter für die stufenförmig, insbesondere zweistufig unterteilte elektrische Heizleistungverbunden ist, so dass die eingestellte Leistung etwa verkehrt proportional dem jeweiligen Wärmeinhalt ist.
Bei einer bekannten derartigen Ausführung ist ein Zwischenschalter durch einen Kontakt des Steuersystems überbrückbar. Bei einem andern bekannten Heisswasserspeicher mit zwei getrennten Heizstufen sind die Regelschalter der beiden Heizstufen unabhängig voneinander auf verschiedene Einschalttemperaturen einstellbar, wobei die stärker bemessene Heizstufe vorzugsweise die Wirkungsweise eines Durch- lauferhitzers gewährleisten soll. Diese Ausführung hat den Nachteil, dass zwei temperaturabhängige Schalter erforderlich sind. Bei diesen bekannten Steuervorrichtungen wird angestrebt, eine Einschaltung der Heisswasserbereiter bei Nachtstromversorgung mit ihrer vollen Leistung dann zu verhindern, wenn tagsüber diesen Geräten nur wenig Heisswasser entnommen wurde.
Bei der üblichen einstufigen Heizwicklung ver-
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ligerweise einen grossen Aufwand.
Die oben genannten Nachteile sind mit nur geringem Aufwand für zusätzliche Stufen erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass der Wärmeinhaltsfühler bei Abnahme des Wärmeinhalts in Richtung seiner Bewegung bei abnehmender Temperatur entgegen einer Rückstellkraft auf eine Kulisse wirkt, deren verschiedene Stellungen verschiedenen Schaltungen der Heizwiderstände zugeordnet und durch eine der Rückstellkraft entgegenwirkende Sperrvorrichtung verriegelt sind, wobei bei Vollendung der Speicheraufheizung die Sperrvorrichtung durch denWärmeinhaltsfühler gelöst ist, bei darunter liegenden Temperaturen in der jeweiligen Stellung in Richtung gegen die Rückstellkraft wirksam ist.
Es ist ein mit einem Stecker verbundener Schalter bekannt, bei dem mit einer am mit Strom versorgten Gerät ansteckbaren Steckerhülse ein Metallbügel drehbar verbunden ist, der bei unzulässiger Erwärmung zufolge seiner Aufweitung ein federbelastetes Kontaktstück freigibt. Diese Ausführung stellt somit lediglich eine thermische Abschaltvorrichtung dar, deren Wiedereinschaltung überdies jeweils von Hand aus vorgenommen werden muss.
Bei der praktischen Ausführung der erfindungsgemässen Regelvorrichtung ist es günstig, wenn der Wärmeinhaltsfühler über einen Übersetzungshebel auf die Kulisse, die über vorzugsweise U-förmige Kontaktgabeln auf den Leistungsschalter wirkt, und auf einen Mitnehmerstab wirkt, der mit einer Klinke verbunden ist, welche mit einem an der Kulisse angeordneten Zahnsegment zusammenwirkt. Vorteilhaft können dabei der Übersetzungshebel und die Kulisse je unter der Wirkung einer Zugfeder und die Klinke unter der Wirkung einer auf dem Mitnehmerstab gelagerten Druckfeder stehen. Diese erfindungsgemässe Ausführung gewährleistet eine exakte und zuverlässige Auswahl der für die zeitgerechte Aufheizung erforderlichen Widerstandsstufe mit geringem Aufwand. Dabei beruht der Witrmeinhaltsfühler bzw.
Wärmekapazitätsanzeiger auf dem Prinzip der Ausnutzung der relativen Ausdehnung zweier Metalle zur Anzeige des Wärmeinhalts von Flüssigkeiten und erstreckt sich über die ganze Kessellänge.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung, die einen Heisswasserbereiter zeigt, bei
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dem die Heizleistung auf nur zwei Heizkörper aufgeteilt ist. beispielsweise erläutert :
Hiebei zeigenFig. l dieStellung der Steuereinrichtung, wenn vor Beginn der Einschaltung des Nachtstromes das ganze Heisswasser dem Kessel entnommen wurde, d. h. das Wasser im Heisswasserbereiter kalt ist, Fig. 2 die Stellung der Steuereinrichtung unmittelbar vor Erreichen der vorgesehenen Endtemperatur des Gebrauchswassers während der Aufheizperiode, Fig. 3 die Stellung der Steuereinrichtung nach Abschalten der Heizleistung, Fig. 4 einen Grundriss der Steuereinrichtung und Fig. 5 das Schaltbild.
Gemäss Fig. l besteht der in das Gebrauchswasser eintauchende Fühler des Wärmeinhaltsfühlers bzw.
Wärmekapazitätsanzeigers, der sich über die ganze Kessellänge erstreckt, aus einem Messingsrohr 1, das einen grossen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, in dem ein Invarstab 2 mit sehr kleinem Ausdehnungskoeffizienten angeordnet und dessen Ende mit einem Ende des Rohres 1 verlötet ist. Während das andere Ende des Rohres 1 mit dem Gehäuse 3 der Steuereinrichtung fest verbunden ist, greift das freie Ende des Invarstabes 2 an der A cbse 5 am Übersetzungshebel 4 an, der seinen Drehpunkt in 6 hat. Das Messingrohr 1 und der Invarstab 2 sind beispielsweise so angeordnet, dass beim Aufheizen des Gebrauchswassers im Kessel auf den Übersetzungshebel 4 ein Zug ausgeübt wird, so dass sich dieser im Uhrzeigersinn dreht.
Da sich
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ten des Gebrauchswassers den Fühler wärmemässig beeinflussen, wird der Ausschlag des Übersetzungshebels 4 stets proportional dem jeweiligen Wärmeinhalt des Gebrauchswassers sein. Die dargestellte Endstellung des Übersetzungshebels 4 entspricht einem zur Gänze mit Kaltwasser gefüllten Heisswasserbereiter.
Der Übersetzungshebel 4 nimmt während der nachfolgenden Aufheizung bei der Drehung im Uhrzei- gersinn den an seinem freien Ende angeordneten, und in der Klinke 11 geführten Mitnehmerstab 7 mit, der mit einer Einstellschraube 10 versehen ist. Die auf dem Mitnehmerstab 7 befestigte Druckfeder 8, vor allem aber die in 17 befestigte Zugfeder 16 der Kulisse 13, die in 14 ihren Drehpunkt hat, bewirken, dass die Klinke 11, die ihre Drehachse in 12 hat, während des ganzen Aufheizvorganges, also bis das Ge- brauchswasser seine vorgesehene Endtemperatur von etwa 850C erreicht hat, dauernd mit dem Zahn- segment 19 der Kulisse 13 in Eingriff bleibt und dadurch eine Drehung der Kulisse 13 verhindert.
Die segmentförmige Kulisse 13 hat die Aufgabe, die Heizleistungdes Heisswasserbereiters zu steuern.
Wie das in Fig. 5 wiedergegebene Schaltbild zeigt, ist im vorliegenden Beispiel die Heizleistung des
Kessels auf zwei Heizkörper I und n aufgeteilt, die ungleich gross sind und die durch drei Schalter 29,30,
31 vorteilhafterweise Mikroschalter, einzeln oder parallel an das Netz geschaltet werden können. Die hiefür erforderlichen Schaltvorgänge werden durch die Kulisse 13 über Kontaktgabeln 23,24, 25, die auf der verlängerten Drehachse 12 der Klinke 11 drehbar gelagert sind, ausgelöst.
Jeder Kulissenbahn ist eine U-förmig gebogene, federnde Kontaktgabel und ein Schalter zugeordnet, wobei eine Zunge der Kontaktgabel mittels ihrer Nocke dauernd auf der ihr zugeordneten Kulissenbahn liegt, die andere Zunge die durch die Form der Kulissenbahn verursachte Schwenkbewegung auf die Schalterachse überträgt und so den Schalter betätigt. Der beidseits erforderliche Anpressdruck kann durch die Einstellschrauben 26, 27,28 einreguliert werden. Jede Kulissenbahn setzt sich aus zwei miteinander steil verbundenen Kreisbögen von verschiedenen Radien zusammen. So lange sich ein Bahnabschnitt mit grossem Radius an der Kontaktgabel vorbeibewegt, ist der zugehörige Schalter ein-, bei kleinem Radius aus-bzw. wird er umgeschaltet.
Die jeweilige Lage der Kulisse 13 und damit die Stellung der Schalter hängt vom jeweiligen Wärmeinhalt des Gebrauchswassers ab, wie später näher erläutert wird.
BeimBeispiel (s. auch Fig. 4), betätigt die Kulissenbahn 20 den Ein-Ausschalter 29, die Kulissenbahn 21 den Umschalter 30 und die Kulissenbahn 22 den Ein-Ausschalter 31.
Wie die Fig. 1 und 5 (Schaltbild) erkennen lassen, liegen die Nockenzungen der Kontaktgabeln bei Heisswasserbereitern, die zur Gänze mit Kaltwasser gefüllt sind, bei denen also das Gebrauchswasser nur einen sehr geringen Wärmeinhalt besitzt, während der ganzen Aufheizperiode auf Abschnitten ihrer Bahnen mit grossen Radien, so dass die Schalter 29 und 31 geschlossen sind und der Umschalter 30 auf"u" liegt, d. h. die beiden Heizkörper sind parallel geschaltet und das Gerät wird dauernd mit voller Leistung' aufgeheizt.
Fig. 2 lässt die Stellung der Steuereinrichtung unmittelbar vor Ende der Aufheizzeit erkennen. Der Übersetzungshebel 4 hat fastseine Endlage (Bewegung im Uhrzeigersinn) erreicht und mit ihm der Mitnehmerstab 7, so dass dessen Endscheibe 9 den freien Schenkel der Klinke 11 fast berührt. Die Klinke 11 ist aber immer noch in Eingriff mit der Kulisse 13.
Fig. 3 zeigt die Stellung der Steuereinrichtung nach Erreichen der Endtemperatur des Gebrauchswassers.
Die Endscheibe 9 am Mitnehmerstab 7 hat die Klinke 11 aus der Verzahnung 19 der Kulisse 13 gezogen. In diesem Moment dreht die Kulissenfeder 16 die Kulisse 13 im Uhrzeigersinn so weit nach abwärts, bis die Nocke 15 der Kulisse 13 am Übersetzungshebel 4 anschlägt. Während der raschen Drehbewegung
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der Kulisse 13 gleiten die Kulissenbahnen entlang der Nockenzungen der Kontaktgabeln, wobei diese auf Abschnitten ihrer Bahnen mit kleinen Radien zu liegen kommen, so dass die Schalter 29 und 31 aus-, der Umschalter 30 von Stellung"u"auf"v"um-, d. h. die ganze Heizleistung abgeschaltet wird. Wird nun dem aufgeheizten.
Gerät Heisswasser entnommen bzw. kühlt sich das Gebrauchswasser im Kessel tagsüber ab, so dreht sich infolge Verringerung der relativen Ausdehnung zwischen Messingrohr 1 und Invarstab 2 der Übersetzungshebel 4, unterstützt durch die Rückholfeder 18, nunmehr entgegen dem Uhrzeigersinn und übt dabei gleichzeitig über die Nocke 15 auf die Kulisse 13 ein Drehmoment aus, wodurch sich diese nach aufwärts dreht. Dabei nimmt der Übersetzungshebel 4 den an seinem freien Ende angeordneten und in der Klinke 11 geführten Mitnehmerstab 7 mit, so dass seine Druckfeder 8 die Klinke 11 mit dem Zahnsegment 19 der Kulisse wieder in Eingriff bringt, ohne aber dadurch die Kulisse 13 am Weiterdrehen entgegen dem Uhrzeigersinn zu hindern. Je mehr Heisswasser dem Kessel entnommen wird, umso mehr wird sich die Kulisse entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehen.
Die Lage der Kulisse 13 ist also stets ein Mass für den jeweiligen Wärmeinhalt des Gebrauchswassers und bestimmt damit gleichzeitig die Stellung der einzelnen Schalter.
Je nach der zu Beginn der Einschaltung des Nachtstromes in den einzelnen Geräten verbleibenden
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sein.
Bei dem angeführten Beispiel kann der Heisswasserbereiter mit drei verschiedenen Leistungen an das
Nachtstromnetz geschaltet werden, nämlich
1. gemäss Fig. 1 mit voller Leistung, wenn die Nockenzungen der Kontaktgabeln zur Einschaltzeit zwischen a und b stehen.
2. Stehen die Nockenzungen der Kontaktgabeln zwischen b und c, was einer geri ! 1gen Wärmemen- ge des Gebrauchswassers entspricht, so befindet sich die Nockenzunge der Kontaktgabel 23 auf einem
Abschnitt ihrer Bahn mitkleinem Radius, während die Nockenzungen der Kontaktgabeln 24 und 25 auf
Abschnitten mit grossen Radien stehen (s. auch Fig. 4). Demnach ist der Schalter 29 aus-, der Schalter 31 eingeschaltet, während der Umschalter 30 auf"u"steht. Wie Fig. 5 erkennen lässt, ist bei dieser Kulissenstellung der grosse Heizkörper I allein eingeschaltet.
3. Stehen die Nockenzungen der Kontaktgabeln zwischen c und d, ist also noch eine grosse Wärme- menge im Gerät vorhanden, so befinden sich die Nockenzungen der Kontaktgabeln 23 und 24 auf Abschnitten der Bahnen mit kleinen Radien, die Nockenzungen der Kontaktgabe125 auf einem Abschnitt mit grossem Radius. Demnach ist der Schalter 29 aus-, der Schalter 31 eingeschaltet und der Umschalter 30 liegt auf"v". In diesem Falle ist nur der kleine Heizkörper II eingeschaltet.
Das Beispiel zeigt, dass nur jene Heisswasserbereiter mit voller Heizleistung an das Nachtstromnetz geschaltet werden, die kein oder nur wenig Heisswasser besitzen, während alle übrigen Heisswasserbereiter das Netz zu Beginn der Nachtstromperiode nur mit einer Leistung belasten, die dem jeweiligen Wärmeinhalt etwa verkehrt proportional ist, d. h. je grösser die verbliebene Wärmemenge, desto kleiner die Heizleistung. Dabei spielt die Länge der vorgesehenen Gesamtaufheizzeit keine Rolle, weil die Heizleistung der Geräte dementsprechend ausgelegt werden kann. Soll z. B. die Einschaltung der Geräte erst um 24 Uhr erfolgen, dann wird die Heizleistung dieser Geräte nur für eine 6-stundige Aufheizzeit (statt 8-stündig) ausgelegt.
PATENTANSPRÜCHE : l. Regelvorrichtung für elektrische Heisswasserbereiter od. dgl., wobei ein den Wärmeinhalt des Gebrauchswassers ermittelnder Fühler über ein selbsttätiges Steuerungssystem mit einem Schalter für diestufenförmig, insbesondere zweistufig unterteilte elektrische Heizleistung verbunden ist, so dass die eingestellte Leistung etwa verkehrt proportional dem jeweiliger Wärmeinhalt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeinhaltsfühler (l, 2) bei Abnahme des Wärmeinhalts in Richtung seiner Bewegung bei abnehmender Temperatur entgegen einer Rückstellkraft (16) auf eine Kulisse (13) wirkt, deren verschiedene Stellungen verschiedenen Schaltungen der Heizwiderstände zugeordnet und durch eine der Rückstellkraft entgegenwirkende Sperrvorrichtung (11, 19) verriegelt sind,
wobei bei Vollendung der Speicheraufheizung die Sperrvorrichtung durch den Wärmeinhaltsfühler gelöst ist, bei darunter liegenden Temperaturen in der jeweiligen Stellung in Richtung gegen die Rückstellkraft wirksam ist.