Bimetallschalteinrichtung zur Einstellung und Regelung der Leistungsaufnahme einer elektrischen Kochplatte
Die Erfindung betrifft eine Bimetallschalteinrichtung zur Einstellung und Regelung der Leistungsaufnahme einer elektrischen Kochplatte, mit einem eine Heizwicklung tragenden Arbeitsbimetall, welches einen Schnappkontakt steuert, wobei letzterer den Stromkreis für diese Heizwicklung und den in Reihe hierzu liegenden Heizwiderstand für die Kochplatte periodisch unterbricht, ferner mit einer parallel zur Heizwicklung des Arbeitsbimetalls liegenden Reihenschaltung aus einem in die Kochplatte eingebauten temperaturabhängigen Widerstand und einem durch einen Schalter überbrückbaren Verstimmungswiderstand sowie ferner mit einem durch eine Kurvenscheibe von Hand einstellbaren Kompensationsmetall, welches über einen schwenkbaren Hebel mit dem Arbeitsbimetall in starrer Verbindung steht.
Bei einer Bimetallschalteinrichtung der vorgenannten Art wird der Kochplatte während der Ankochzeit innerhalb eines stets konstant bleibenden Zeitraumes eine gegenüber der Fortkochstufe um ein Mehrfaches erhöhte Leistung zugeführt. Eine solche Einrichtung ist bereits bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Art des Ankochens nicht die optimale Lösung darstellt, da hierbei nicht die Art und die Menge des Kochgutes ausreichend berücksichtigt werden kann. Die Ankochzeit und Ankochleistung kann nur auf ein mittleres Kochgut abgestellt werden. Kleine Kochgutmengen werden daher zu schnell, grössere Kochgutmengen hingegen zu langsam angekocht.
Damit erfüllen die bisher bekanntgewordenen Anordnungen zur Regelung des Ankochvorganges bei Kochplatten nicht ausreichend die an eine solche Ankochautomatik zu stellende Forderung, dass jedes Kochgut in kurzer Zeit auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bimetallschalteinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Ankochzeit abhängig von dem Kochgut und von der eingestellten Leistungsstufe für das spätere Fortkochen wird. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und im Aufbau gegenüber den bisherigen Anordnungen wesentlich billigere Lösung vorzuschlagen.
Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass das Kompensationsbimetall ebenfalls eine Heizwicklung trägt und dass ein Umschalter vorhanden ist, durch welchen zum Beginn des Ankochens die Kompensationsbimetallwicklung parallel zu dem temperaturabhängigen Widerstand schaltbar ist, wodurch gleichzeitig die Arbeitsbimetallwicklung stromlos und das Arbeitsbimetall als Kompensationsbimetall wirksam wird, und durch welchen Umschalter bei Beginn des Fortkochens die Arbeitsbimetallwicklung parallel zu dem temperaturabhängigen Widerstand geschaltet wird, wodurch die Kompensationsbimetallwicklung stromlos und das Kompensationsbimetall wirksam wird.
Für die Erfindung ist somit die Erkenntnis wesentlich, dass im Ankochbereich das Kompensationsbimetall die Funktion eines Arbeitsbimetalls hat, welches die Ankochzeit bestimmt, während das eigentliche Arbeitsbimetall im Ankochbereich nur die Funktion eines Kompensationsbimetalls hat, weil nämlich während dieser Zeit die Wicklung des Arbeitsbimetalls stromlos ist und letzteres nur dazu dient, die auf das Kompensationsbimetall und das Arbeitsbimetall einwirkende Umgebungstemperatur auszukompensieren. Beim Umschalten vom Ankochbereich in den Fortkochbereich wird hingegen die Wicklung des Kompensationsbimetalls stromlos, während die Wicklung des Arbeitsbimetalls in den Heizstromkreis eingeschaltet wird. Damit werden diese beiden Bimetalle dann in der üblichen Weise wirksam.
Die Abhängigkeit der Ankochzeit von dem verwendeten Kochgut wird durch die Parallelschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes und der Kompensationsbimetallwicklung bewirkt. Solange der in der Kochplatte eingebaute temperaturabhängige Widerstand kalt ist, hat er einen wesentlich geringeren Widerstandswert als die Wicklung des Kompensationsbimetalls. Im warmen Zustand ist sein Widerstandswert hingegen etwa eben so gross wie der der Wicklung des Kompensationsbimetalls. Auf Grund der sich hieraus ergebenden unterschiedlichen Stromverteilung in den beiden Elementen in deren kaltem und warmem Zustand wird das Kompen sationsbimetall nur dann in Funktion treten, wenn seine Wicklung einen entsprechend grossen Strom erhält, d. h.
erst wenn der temperaturabhängige Widerstand eine entsprechende Temperatur erreicht hat.
Gemäss einer Weiterausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Schalter in Reihe zu der Kom- pensationsbimetallwicklung liegt, der jeweils gleichzeitig mit dem Umschalter betätigt wird und welcher bei Beginn des Ankochens den Schnappkontakt und den Verstimmungswiderstand überbrückt, wodurch die Kochplatte im Ankochbereich während einer von der Art und Menge des Kochgutes abhängigen Zeitdauer ununterbrochen Vollast erhält.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Anordnungen erhält die Kochplatte im Ankochbereich konstante Leistung und keine Impulsleistung. Hierdurch ergibt sich eine Verbilligung, da die entsprechenden Elemente für die Taktung im Ankochbereich, die verschieden sind von denen des Fortkochbereichs, wegfallen. Die Kochplatte erhält somit für den Ankochbereich und den Fortkochbereich jeweils den gleichen Strom, welch letzterer im Fortkochbereich jedoch getaktet wird, da hier das Takten gegenüber der konstanten Zufuhr einer sich ändernden Leistung die bekannten Vorteile aufweist.
Gemäss einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kurvenscheibe für das Einstellen des Bimetalls durch einen Knebel von Hand verstellbar ist und dass vor Beginn des Ankochens das Kompensationsbimetall bei jeder Knebelstellung an der Kurvenscheibe anliegt, das Arbeitsbimetall hingegen nicht. Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Ankochzeit auch von der Knebelstellung für die eingestellte Leistungsstufe abhängig zu machen.
Gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird hingegen vorgeschlagen, dass die Kurvenscheibe durch einen Knebel von Hand verstellbar ist, und dass vor Beginn des Ankochens das Arbeitsbimetall bei jeder Knebelstellung an der Kurvenscheibe anliegt, das Kompensationsbimetall hingegen nicht, und dass die Ausbiegung der beiden Bimetalle in Richtung auf die Kurve zu erfolgt.
Diese Weiterbildungen der Erfindung unterscheiden sich also dadurch, dass die Ausbiegungsrichtung der Bimetalle verschieden ist, und dass das Arbeitsbimetall in dem einen Fall mit dem Schnappkontakt, in dem anderen Fall hingegen mit dem Schalter und dem Umschalter zusammenwirkt. Für das Kompensationsbimetall gilt genau das Gegenteil.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemässen Bimetallschalteinrichtung;
Fig. 2 die Bimetallschalteinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel in stark schematisierter Darstellung in einer Ansicht von oben;
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Ankochzeit von der Knebelstellung für die eingestellte Leistungsstufe darstellt;
Fig. 4 die Bimetallschalteinrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung wie in Fig. 2.
In Fig. 1 sind mit 1 und 1' die beiden Netzklemmen für den Bimetallschalter bezeichnet. Durch zwei Trennschalter 2 und 2' ist er an das Netz anschaltbar. Zwischen diesen beiden Trennschaltern liegt ein Schnappkontakt 3 sowie ein Verstimmungswiderstand 4, welcher durch einen Schalter 5 überbrückbar ist. Dieser Schalter 5 befindet sich bei den Knebelstellungen für die Leistungsstufen 1 bis 7 in offenem, bei den Knebelstellungen 8 bis 12 hingegen im geschlossenen Zustand. Der Verstimmungswiderstand 4 dient lediglich dazu, um auf einfache Weise die 12 Leistungsstufen in zwei grosse Regelbereiche zu unterteilen.
An den Verstimmungswiderstand schliesst sich ein temperaturabhängiger Widerstand 6 mit positivem Temperaturkoeffizienten an. Dieser ist in die Kochplatte eingebaut und dient dort zur Abfühlung der Ist-Temperatur. Er wird daher auch als Fühlerwiderstand bezeichnet.
An diesen schliesst sich noch der eigentliche Heizwiderstand 7 der Kochplatte an. Parallel zu dem Verstimmungswiderstand 4 und dem Fühlerwiderstand 6 liegt die Wicklung 8 eines Arbeitsbimetalls sowie ein Umschalter 9.
Parallel zu dem Schnappkontakt 3 sowie zu der Arbeitsbimetallwicklung 8 und dem Umschalter 9 liegen schliesslich noch ein Schalter 10 zum Kurzschliessen des Schnappkontaktes 3 und des Verstimmungswiderstandes 4 sowie die Wicklung 11 eines Kompensationsbimetalls, welche durch den Umschalter 9 parallel zu dem Fühlerwiderstand 6 geschaltet werden kann. Durch dieses Umschalten wird die Wicklung 8 des Arbeitsbimetalls stromlos.
Anhand von Fig. 2 sei der mechanische Aufbau der Anordnung näher erläutert. Die Wicklung 8 befindet sich auf einem Arbeitsbimetall 12, welches mit seinem einen Ende an einem um seinen Mittelpunkt 13 schwenkbaren zweiarmigen Hebel 14 befestigt ist. Letzterer steht unter der Richtkraft einer Zugfeder 15. Am anderen Ende dieses zweiarmigen Hebels ist ein Kompensationsbimetall 16 befestigt, welches die Wicklung 11 trägt. Eine Kurvenscheibe 17, welche auf der Achse des Einstellknebels für die verschiedenen Leistungsstufen angeordnet ist, ist so ausgebildet, dass ihr Radius bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn, also in Richtung höhere Leistung, kontinuierlich abnimmt. An diese Kurvenscheibe können sich das Arbeitsbimetall und das Kompensationsbimetall vermittels nicht gezeichneter Anschläge anlegen.
Dies ist in Fig. 2 durch die Wirkungslinien 18 und 19 schematisch angedeutet. Im Ruhezustand liegt nur das Kompensationsbimetall an dieser Kurve an, das Arbeitsbimetall hingegen nicht. Im Auslenkungsbereich des Arbeitsbimetalls 12 ist eine Schaltklinke 20 mit einer Schaltnase 20' angeordnet, wobei die erstere um eine Achse 21 schwenkbar ist und unter der Rückstellkraft einer Feder 22 steht. Diese Schaltklinke trägt eine Schaltnase 23, welche bei Auslenkung der Schaltklinke 20 im Zusammenwirken mit der feststehenden Unterlage 24 den Schnappkontakt 3 vermittels seines Schaltarmes 25 umschaltet.
Im Auslenkungsbereich des Kompensationsbimetalls 16 befindet sich eine Sperrklinke 26, welche um eine Achse 27 verschwenkbar ist. Diese Sperrklinke trägt an ihren beiden Enden Schaltnasen 28 und 29, von denen die eine mit dem Kompensationsbimetall und die andere mit einem Schaltnocken 30 einer Schaltstange 31 zusammenwirkt. Diese Schaltstange 31 trägt an ihrem einen Ende eine Taste 32, mit welcher durch Eindrükken der automatische Ankochvorgang ausgelöst werden kann. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt, bezieht sich jedoch nur auf den ersten Augenblick, in dem sich die beiden Bimetalle 12 und 16 noch in Ruhe befinden.
Ausserdem steht die Schaltstange 31 unter der Rückstellkraft einer Zugfeder 33 und trägt an ihrem zweiten Ende ein Betätigungsorgan 34, dessen Schaltflächen 35 und 35' den Umschalter 9 sowie den Schalter 10 bei Eindrücken der Taste 32 schliessen.
In Fig. 3 schliesslich ist die Ankochzeit in Abhängigkeit von der eingestellten Knebelstellung und in Abhängigkeit von der Menge des Kochgutes dargestellt.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass auf Grund des unterschiedlichen Radius der Kurve 17 die Ankochzeit durch mehr oder weniger starkes Auslenken des Kompensationsbimetalls verändert werden kann. Auf Grund unterschiedlicher Kochgutmengen bzw. auch Kochgutarten ändert sich ebenfalls die Ankochzeit, da der Fühlerwiderstand 6 je nachdem langsamer oder schneller den entsprechenden Temperaturwert annimmt und infolgedessen auch das Kompensationsbimetall später schaltet. Für die Knebelstellungen 8 bis 12 ergibt sich eine andere Kurvenschar als für die Knebelstellungen 1 bis 7, da der Überbrückungsschalter 5 für den Verstimmungswiderstand 4 geschlossen wird und somit ein zweiter Regelbereich entsteht.
Es sei angenomrnen, dass die Kurvenscheibe 17 durch den nicht dargestellten Knebel von Hand auf die gewünschte Leistungsstufe eingestellt wird. Hierdurch wird das unter Federspannung an der Mantelfläche der Kurvenscheibe anliegende Kompensationsbimetall gegenüber seiner Ruhelage in seiner Entfernung von der Schaltnase 28 der Sperrklinke 26 verändert. Wird nun die Taste 32 gedrückt, um den Ankochvorgang auszulösen, so wird der Schaltnocken 30 mit seiner schräg ansteigenden Fläche zuerst die Sperrklinke 26 im Gegenuhrzeigersinn verschwenken. Gleichzeitig schliesst das Betätigungsorgan 34 vermittels seiner Schaltflächen 35 den Umschalter 9 für den Stromkreis der Kompensationsbimetallwicklung 11 sowie den Schalter 10 zum Kurzschliessen des Schnappkontaktes 3 und des Verstimmungswiderstandes 5.
Hat die Taste 32 ihre Endstellung erreicht, so ist der Schaltnocken 30 an der Schaltnase 29 der Sperrklinke vorbeigelaufen und letztere kehrt in die in der Zeichnung dargestellte Ruhelage zurück. Dadurch wird die unter der Rückstellkraft der Feder 33 stehende Schaltstange 31 in dieser Stellung verriegelt. Nunmehr fliesst die volle Leistung zwischen den Klemmen 1 und 1' über den Schalter 10 sowie über die Parallelschaltung aus dem Fühlerwiderstand 6 und der Wicklung 11 des Kompensationsbimetalls 16 und den Umschalter 9 zum Heizwiderstand 7. Da im kalten Zustand der Fühlerwiderstand 6 einen wesentlich geringeren Widerstandswert hat als die Wicklung 11, fliesst der Heizstrom anfangs im wesentlichen nur durch den Fühlerwiderstand 6. Die Kochplatte heizt sich auf.
Mit zunehmender Erwärmung der Kochplatte steigt nun auch der Widerstandswert des Fühlerwiderstandes 6 und die Wicklung 11 übernimmt einen immer grösser werdenden Anteil des Heizstromes. Dadurch wird das Kompensationsbimetall 16 erwärmt und biegt sich weiter durch.
Durch die Feder 15 wird das Kompensationsbimetall 16 jedoch ständig mit seinem Anschlag an der Kurve 17 gehalten, was bedeutet, dass durch die Ausbiegung des Kompensationsbimetalls ein Drehmoment auf den zweiarmigen Hebel 14 ausgeübt wird, das diesen im Uhrzeigersinn verdreht. Auf Grund dessen wird mit zunehmender Auslenkung des Kompensationsbimetalls 16 das nicht von Strom durchflossene Arbeitsbimetall 12, welches lediglich eine durch die Umgebungstemperatur bedingte geringe Auslenkung erfahren hat, in Richtung auf die Kurve 17 zubewegt und zwar solange, bis es mit seinem Anschlag dort anliegt. Nunmehr kann der zweiarmige Hebel 14 nicht mehr durch die Feder 15 weiterbewegt werden und das Kompensationsbimetall 16 biegt sich auf Grund des steigenden Stromes in der Wicklung 11 immer weiter in Richtung der Schaltnase 28 von der Kurve 17 weg.
Die Auslenkung wird schliesslich so gross, dass die Sperrklinke 26 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird und die Schaltnase 29 die Verriegelung für die Schaltstange 31 löst. Auf Grund der Rückstellkraft bewegt sich letztere nach links in die Ruhelage zurück. Gleichzeitig werden von dem Betätigungsorgan 34 der Umschalter 9 und der Schalter 10 in die andere Arbeitslage umgeschaltet bzw. geöffnet. Nunmehr wird die Wicklung 11 des Kompensationsbimetalls 16 stromlos, wohingegen die Wicklung 8 des Arbeitsbimetalls 12 in den Heizstromkreis eingeschaltet wird.
Damit ist das Ankochen beendet und nunmehr beginnt das Fortkochen, welches gekennzeichnet ist durch die impulsweise, getaktete Zuführung der vollen Leistung an den Heizwiderstand 7 in Abhängigkeit von dem Schliessen und Öffnen des Schnappkontaktes 3 auf Grund der periodischen Auslenkbewegung des Arbeitsbimetalls 12; letztere wiederum hängt auf Grund der Parallelschaltung der Wicklung 8 zu dem Fühlerwiderstand 6 von der Ist Temperatur der Kochplatte ab.
Nach Beendigung des Ankochens beginnt das Arbeitsbimetall auf Grund des durch seine Wicklung 8 fliessenden Stromes sich nach unten auszubiegen, wird jedoch durch die Feder 15 und den zweiarmigen Hebel14 noch immer an der Kurve 17 festgehalten. Gleichzeitig beginnt sich das Kompensationsbimetall 16 abzukühlen und in seine nicht ausgebogene Stellung zurückzubewegen. Diese Bewegung wird unterstützt durch das an der Feder 15 auf den zweiarmigen Hebel 14 im Uhrzeigersinn ausgeübte Drehmoment, auf Grund des zunehmenden Auslenkens des Arbeitsbimetalls. Sobald das Kompensationsbimetall mit seinem Anschlag an der Kurve 17 anliegt, kann sich das Arbeitsbimetall von der Kurve 17 entfernen und in Richtung der Schaltnase 20' der Schaltklinke 20 bewegen.
Diese Bewegung wird nunmehr unterstützt von dem weiteren Zurückbiegen des Kompensationsbimetalls in seine Ausgangsstellung, welches nunmehr ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf den zweiarmigen Hebel 14 und damit auf das Arbeitsbimetall 12 ausübt.
Hat das Arbeitsbimetall die Schaltnase 20' der Schaltklinke 20 erreicht, so wird diese ausgelenkt und damit der Schnappkontakt 3 umgeschaltet, d. h. ge öffnet. Nunmehr wird der Stromfluss durch die Parallelschaltung aus Verstimmungswiderstand und Fühlerwiderstand 6 einerseits und Arbeitsbimetallwicklung 8 und Umschalter 9 andererseits sowie durch den Heizwiderstand 7 unterbrochen. Das Ankochen ist beendet. Nunmehr beginnt der Fortkochbetrieb.
Das Arbeitsbimetall beginnt sich nunmehr abzukühlen und sich langsam wieder von der Schaltnase 20' zu lösen. Ist dies geschehen, so wird der Schnappkontakt 3 wieder umgeschaltet und der Stromfluss beginnt von neuem. Das Arbeitsbimetall beginnt sich wieder auszubiegen. Dieser Vorgang setzt sich nun bis zum Abschalten der Anordnung durch Offen der Schalter 2 und 2' fort.
Wie bereits erwähnt, hat während der Fortkochstufe das KompensatIonsbimetal1 nur die Aufgabe, die Umgebungstemperatur im Bereich von Arbeitsbimetall und Kompensationsbimetall auszugleichen. Dies geht in der Weise vor sich, dass sich das Kompensationsbimetall je nach der herrschenden Temperatur mehr oder weniger ausbiegt und damit den zweiarmigen Hebel mehr oder weniger stark im Uhrzeigersinn verschwenkt. Dies wiederum bedeutet jedoch, dass sich das Arbeitsbimetall ebenfalls mehr oder weniger nahe der Schaltnase 20' befindet und somit in entsprechend kürzeren oder längeren Zeitintervallen schaltet.
In Fig. 4 ist schliesslich das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bimetallschalters dargestellt. Gegenüber dem ersten unterscheidet es sich dadurch, dass die beiden Bimetalle 12 und 16 samt ihrer zugehörigen Wicklungen 8 und 11 in ihrer Anordnung an dem zweiarmigen Hebel 14 vertauscht sind und dass an jedem Bimetall selbst die aktive und die passive Seite ebenfalls vertauscht sind, so dass sich eine Ausbiegung der Bimetalle in entgegengesetzter Richtung wie bisher, also nach oben, ergibt. Nunmehr liegt das Arbeitsbimetall im Ruhezustand ständig an der Kurve an, wohingegen das Kompensationsbimetall dort nicht anliegt.
Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind in Fig. 4 alle Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2. Die Arbeitsweise dieses zweiten Ausführungsbeispieles ist ähnlich der des ersten. Wird die Taste 32 gedrückt, so wird durch das Betätigungsorgan 34 der Umschalter 9 umgeschaltet und die Wicklung 11 des Kompensationsbimetalls in Reihe zu dem Heizwiderstand 7 geschaltet. Gleichzeitig wird der Schalter 10 geschlossen. Nunmehr beginnt Strom durch die Wicklung 11 zu fliessen, worauf sich das Kompensationsbimetall 16 nach oben in Richtung der Kurve 17 solange durchbiegt, bis es an dieser Kurve anliegt.
Auf Grund der weiter zunehmenden Erwärmung dieses Bimetalls und der damit verbundenen Ausbiegung wird nunmehr auf den zweiarmigen Hebel ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn ausgeübt, welches bewirkt, dass sich das Arbeitsbimetall 12 langsam nach unten in Richtung der Schaltnase 28 der Schaltklinke 26 bewegt. Da mit zunehmender Erwärmung der Kochplatte der Widerstandswert des Fühlerwiderstandes 6 ständig steigt, wird der durch die Wicklung 11 des Kompensationsbimetalls fliessende Strom immer grösser und die Erwärmung dieses Bimetalls nimmt überproportional zu. Das Arbeitsbimetall 12 erreicht schliesslich die Schaltnase 28 und lenkt die Schaltklinke 26 in der Weise aus, dass die Schaltnase 29 den Schaltnocken 30 der Schaltstange 31 freigibt und die letztere in ihre Ausgangsstellung nach links zurückkehrt.
Dadurch wird der Umschalter 9 umgeschaltet und gleichzeitig der Schalter 10 geöffnet. Die Wicklung 11 des Kompensationsbimetalls wird stromlos, hingegen die Wicklung 8 des Arbeitsbimetalls stromdurchflossen. Das Arbeitsbimetall 12 beginnt sich nach oben, das heisst von der Schaltnase 28 weg, auszubiegen. Gleichzeitig kühlt sich das Kompensationsbimetall 16 ab und beginnt sich in seine Ruhelage zurückzubiegen. Da das Kompensationsbimetall durch die Feder 15 jedoch ständig an der Kurve 17 gehalten wird, wird nunmehr ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf den zweiarmigen Hebel 14 ausge übt, wodurch sich die Bewegung des Arbeitsbimetalls nach oben beschleunigt.
Schliesslich liegt das Arbeitsbimetall 12 an der Kurve 17 an, wobei es sich ständig noch weiter nach oben durchbiegt, während gleichzeitig das Kompensationsbimetall 16 seine Ausbiegung immer mehr verliert und sich von der Kurve 17 wegbewegt.
Nunmehr liegt das Arbeitsbimetall 12 unter der Federspannung 15 an der Kurve 17 an und bewirkt durch sein weiteres Ausbiegen, dass nunmehr ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf den zweiarmigen Hebel 14 ausgeübt wird, welches wiederum zur Folge hat, dass sich das Kompensationsbimetall 16 in Richtung auf die Schaltnase 20' der Schaltklinke 20 zubewegt. Schliesslich wird das Kompensationsblmetall diese Schaltnase 20' erreichen und den Schnappkontakt 3 öffnen.
Damit wird der Stromfluss zu dem Heizwiderstand 7 durch die Wicklung 8 des Arbeitsbimetalls unterbrochen und das letztere beginnt sich wieder abzukühlen.
Das Kompensationsbimetall bewegt sich wieder von der Schaltnase 20' weg und gibt schliesslich den Schnappkontakt 3 wieder frei, worauf dieser wieder in seine geschlossene Schaltstellung umspringt. Dieser Vorgang wiederholt sich nunmehr periodisch während der gesamten Fortkochdauer.
Es ist jederzeit auch möglich, den Fortkochbetrieb durch Drücken der Taste 32 zu unterbrechen und erneut mit dem Ankochen zu beginnen.
Bimetal switching device for setting and regulating the power consumption of an electric hotplate
The invention relates to a bimetal switching device for setting and regulating the power consumption of an electric hotplate, with a working bimetal carrying a heating coil, which controls a snap contact, the latter periodically interrupting the circuit for this heating coil and the heating resistor for the hotplate lying in series with it, furthermore with a Parallel to the heating winding of the working bimetal, there is a series circuit made up of a temperature-dependent resistor built into the hotplate and a detuning resistor that can be bridged by a switch, as well as a compensating metal that can be adjusted by hand using a cam and is rigidly connected to the working bimetal via a pivotable lever.
In the case of a bimetallic switching device of the aforementioned type, the hotplate is supplied with an output that is several times higher than that of the continued cooking stage during the initial boiling time, within a period that remains constant. Such a device is already known. However, it has been shown that this type of parboiling is not the optimal solution, since the type and quantity of the food cannot be sufficiently taken into account. The parboiling time and parboiling power can only be set for medium-sized items. Small amounts of food are therefore cooked too quickly, while larger amounts of food are cooked too slowly.
Thus, the previously known arrangements for regulating the parboiling process in hotplates do not adequately meet the requirement of such an automatic parboiling system that each item to be cooked must be brought to a predetermined temperature in a short time.
The object of the invention is to improve a bimetallic switching device of the type mentioned at the outset in such a way that the parboiling time is dependent on the food to be cooked and on the power level set for the subsequent continued cooking. Another object of the invention is to propose a simple solution that is much cheaper in structure than the previous arrangements.
According to the invention, it is therefore proposed that the compensation bimetal also carry a heating winding and that a changeover switch is present, through which the compensation bimetal winding can be switched parallel to the temperature-dependent resistor at the beginning of the boiling process, whereby the working bimetal winding is de-energized and the working bimetal becomes effective as a compensation bimetal at the same time, and by which changeover switch the working bimetal winding is switched in parallel to the temperature-dependent resistor at the start of continued cooking, whereby the compensation bimetal winding becomes de-energized and the compensation bimetal becomes effective.
For the invention, it is essential to know that in the parboiling area the compensation bimetal has the function of a working bimetal, which determines the parboiling time, while the actual working bimetal in the parboiling area only has the function of a compensating bimetal, because the winding of the working bimetal is de-energized during this time and the latter only serves to compensate for the ambient temperature acting on the compensation bimetal and the working bimetal. When switching from the parboiling range to the continued cooking range, however, the winding of the compensation bimetal is de-energized, while the winding of the working bimetal is switched on in the heating circuit. These two bimetals then become effective in the usual way.
The dependence of the parboiling time on the food used is caused by the parallel connection of the temperature-dependent resistor and the compensation bimetal winding. As long as the temperature-dependent resistor built into the hotplate is cold, it has a significantly lower resistance value than the winding of the compensation bimetal. In the warm state, on the other hand, its resistance value is about the same as that of the winding of the compensation bimetal. Due to the resulting different current distribution in the two elements in their cold and warm state, the Kompen sationsbimetall will only come into operation when its winding receives a correspondingly large current, i.e. H.
only when the temperature-dependent resistance has reached a corresponding temperature.
According to a further development of the invention, it is proposed that a switch be in series with the compensation bimetallic winding, which is operated simultaneously with the changeover switch and which bridges the snap contact and the detuning resistor at the beginning of parboiling, whereby the hotplate in the parboiling area during one of the The type and quantity of the food to be cooked is continuously given full load depending on the duration.
In contrast to the previously known arrangements, the hotplate receives constant power and no pulse power in the parboiling area. This results in a reduction in price, since the corresponding elements for the timing in the parboiling area, which are different from those in the continued cooking area, are omitted. The hotplate thus receives the same current for the parboiling area and the continued cooking area, the latter being clocked in the continued boiling area, since here the clocking has the known advantages over the constant supply of a changing power.
According to a further development of the invention, it is proposed that the cam for setting the bimetal can be adjusted by hand by means of a toggle and that the compensation bimetal is in contact with the cam for every toggle position, but the working bimetal is not. This training makes it possible to make the boiling time dependent on the knob position for the set power level.
According to another development of the invention, however, it is proposed that the cam is adjustable by hand using a toggle, and that the working bimetal is in contact with the cam at every toggle position, but the compensation bimetal is not, and that the bending of the two bimetals in Towards the curve.
These developments of the invention therefore differ in that the bending direction of the bimetals is different and that the working bimetal in the one case interacts with the snap contact, in the other case with the switch and the changeover switch. The opposite applies to the compensation bimetal.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing in two exemplary embodiments. Show it:
1 shows an electrical circuit diagram of the bimetallic switching device according to the invention;
2 shows the bimetallic switching device in a first exemplary embodiment in a highly schematic representation in a view from above;
3 shows a diagram which shows the dependence of the boiling time on the toggle position for the set power level;
FIG. 4 shows the bimetal switching device in a second exemplary embodiment in the same representation as in FIG. 2.
In Fig. 1, 1 and 1 'denote the two power terminals for the bimetal switch. It can be connected to the mains using two isolating switches 2 and 2 '. A snap contact 3 and a detuning resistor 4, which can be bridged by a switch 5, are located between these two disconnectors. This switch 5 is in the toggle positions for power levels 1 to 7 in the open state, while in the toggle positions 8 to 12 it is in the closed state. The detuning resistor 4 is only used to easily subdivide the 12 power levels into two large control ranges.
A temperature-dependent resistor 6 with a positive temperature coefficient is connected to the detuning resistor. This is built into the hotplate and is used there to sense the actual temperature. It is therefore also referred to as the sensor resistance.
This is followed by the actual heating resistor 7 of the hotplate. The winding 8 of a working bimetal and a changeover switch 9 are parallel to the detuning resistor 4 and the sensor resistor 6.
Finally, parallel to the snap contact 3 as well as to the working bimetal winding 8 and the changeover switch 9, there are also a switch 10 for short-circuiting the snap contact 3 and the detuning resistor 4, as well as the winding 11 of a compensation bimetal, which can be switched by the changeover switch 9 parallel to the sensor resistor 6. This switching causes the winding 8 of the working bimetal to be de-energized.
The mechanical structure of the arrangement will be explained in more detail with reference to FIG. The winding 8 is located on a working bimetal 12, which is fastened with its one end to a two-armed lever 14 pivotable about its center point 13. The latter is under the directional force of a tension spring 15. A compensation bimetal 16, which carries the winding 11, is attached to the other end of this two-armed lever. A cam disk 17, which is arranged on the axis of the setting toggle for the various power levels, is designed so that its radius continuously decreases when turned counterclockwise, that is, in the direction of higher power. The working bimetal and the compensation bimetal can apply to this cam by means of stops, not shown.
This is indicated schematically in FIG. 2 by the lines of action 18 and 19. In the idle state, only the compensation bimetal is on this curve, but the working bimetal is not. In the deflection area of the working bimetal 12, a pawl 20 with a switching nose 20 ′ is arranged, the former being pivotable about an axis 21 and being under the restoring force of a spring 22. This switching pawl carries a switching nose 23 which, when the switching pawl 20 is deflected, switches over the snap contact 3 by means of its switching arm 25 in cooperation with the stationary base 24.
In the deflection area of the compensation bimetal 16 there is a pawl 26 which can be pivoted about an axis 27. This pawl has switching noses 28 and 29 at both ends, one of which interacts with the compensation bimetal and the other with a switching cam 30 of a switching rod 31. This switching rod 31 carries at one end a button 32 with which the automatic parboiling process can be triggered by pressing it in. This state is shown in Fig. 2, but relates only to the first moment in which the two bimetals 12 and 16 are still at rest.
In addition, the switching rod 31 is under the restoring force of a tension spring 33 and carries at its second end an actuator 34, the buttons 35 and 35 'of the switch 9 and the switch 10 when the button 32 is pressed.
Finally, FIG. 3 shows the boiling time as a function of the set toggle position and as a function of the amount of food to be cooked.
It is readily apparent that due to the different radius of curve 17, the boiling time can be changed by more or less strong deflection of the compensation bimetal. Due to different quantities of items to be cooked or types of items to be cooked, the boiling time also changes, since the sensor resistor 6 takes on the corresponding temperature value more slowly or more quickly, and consequently the compensation bimetal also switches later. For the toggle positions 8 to 12 there is a different set of curves than for the toggle positions 1 to 7, since the bypass switch 5 for the detuning resistor 4 is closed and a second control range is thus created.
It is assumed that the cam disk 17 is set by hand to the desired power level by the toggle (not shown). As a result, the compensation bimetal, which lies under spring tension on the lateral surface of the cam disk, is changed in its distance from the switching nose 28 of the pawl 26 relative to its rest position. If the button 32 is now pressed in order to trigger the parboiling process, the switching cam 30 with its inclined surface will first pivot the pawl 26 in the counterclockwise direction. At the same time, by means of its buttons 35, the actuator 34 closes the changeover switch 9 for the circuit of the compensation bimetal winding 11 and the switch 10 for short-circuiting the snap contact 3 and the detuning resistor 5.
When the button 32 has reached its end position, the switching cam 30 has passed the switching nose 29 of the pawl and the pawl returns to the rest position shown in the drawing. As a result, the switching rod 31, which is under the restoring force of the spring 33, is locked in this position. The full power now flows between terminals 1 and 1 'via switch 10 and via the parallel connection of sensor resistor 6 and winding 11 of compensation bimetal 16 and switch 9 to heating resistor 7. Since sensor resistor 6 has a much lower resistance value when cold has as the winding 11, the heating current initially flows essentially only through the sensor resistor 6. The hotplate heats up.
With increasing heating of the hotplate, the resistance value of the sensor resistor 6 also increases and the winding 11 takes on an ever-increasing proportion of the heating current. As a result, the compensation bimetal 16 is heated and continues to bend.
By means of the spring 15, however, the compensation bimetal 16 is constantly held with its stop on the curve 17, which means that the bending of the compensation bimetal exerts a torque on the two-armed lever 14 that rotates it clockwise. Due to this, with increasing deflection of the compensation bimetal 16, the working bimetal 12 through which no current flows and which has only experienced a slight deflection due to the ambient temperature is moved towards the curve 17 until it rests there with its stop. Now the two-armed lever 14 can no longer be moved further by the spring 15 and the compensation bimetal 16 bends further and further away from the curve 17 in the direction of the switching nose 28 due to the increasing current in the winding 11.
The deflection is finally so great that the pawl 26 is pivoted counterclockwise and the switch nose 29 releases the lock for the switch rod 31. Due to the restoring force, the latter moves back to the left into the rest position. At the same time, the switch 9 and the switch 10 are switched to the other working position or opened by the actuator 34. The winding 11 of the compensation bimetal 16 is now de-energized, whereas the winding 8 of the working bimetal 12 is switched into the heating circuit.
This ends the parboiling and now begins the continued cooking, which is characterized by the pulsed, clocked supply of full power to the heating resistor 7 depending on the closing and opening of the snap contact 3 due to the periodic deflection movement of the working bimetal 12; the latter in turn depends on the actual temperature of the hotplate due to the parallel connection of the winding 8 to the sensor resistor 6.
After the parboiling has ended, the working bimetal begins to bend downwards due to the current flowing through its winding 8, but is still held on the curve 17 by the spring 15 and the two-armed lever 14. At the same time, the compensation bimetal 16 begins to cool down and to move back into its non-bent position. This movement is supported by the clockwise torque exerted on the spring 15 on the two-armed lever 14 due to the increasing deflection of the working bimetal. As soon as the compensation bimetal rests with its stop on the curve 17, the working bimetal can move away from the curve 17 and move in the direction of the switching nose 20 ′ of the switching pawl 20.
This movement is now supported by the further bending back of the compensation bimetal into its starting position, which now exerts a counterclockwise torque on the two-armed lever 14 and thus on the working bimetal 12.
If the working bimetal has reached the switching nose 20 'of the switching pawl 20, this is deflected and the snap contact 3 is switched over, i.e. H. open. The current flow is now interrupted by the parallel connection of detuning resistor and sensor resistor 6 on the one hand and working bimetal winding 8 and changeover switch 9 on the other hand, as well as by heating resistor 7. The parboiling is finished. The continued cooking operation now begins.
The working bimetal now begins to cool down and slowly to detach itself from the switching nose 20 '. Once this has happened, the snap contact 3 is switched over again and the current flow begins again. The working bimetal begins to bend again. This process continues until the arrangement is switched off by opening switches 2 and 2 '.
As already mentioned, during the continued cooking stage the compensation bimetal1 only has the task of equalizing the ambient temperature in the area of the working bimetal and the compensation bimetal. This is done in such a way that the compensation bimetal bends more or less depending on the prevailing temperature and thus pivots the two-armed lever more or less clockwise. However, this in turn means that the working bimetal is also more or less close to the switching nose 20 'and thus switches at correspondingly shorter or longer time intervals.
Finally, FIG. 4 shows the second exemplary embodiment of the bimetal switch according to the invention. Compared to the first, it differs in that the two bimetals 12 and 16 together with their associated windings 8 and 11 are interchanged in their arrangement on the two-armed lever 14 and that the active and passive sides are also interchanged on each bimetal itself, so that there is a deflection of the bimetals in the opposite direction as before, i.e. upwards. Now the working bimetal is constantly on the curve in the idle state, whereas the compensation bimetal is not there.
For the sake of clarity, all components in FIG. 4 are provided with the same reference numerals as in FIG. 2. The mode of operation of this second exemplary embodiment is similar to that of the first. If the button 32 is pressed, the switch 9 is switched over by the actuating element 34 and the winding 11 of the compensation bimetal is connected in series with the heating resistor 7. At the same time the switch 10 is closed. Current now begins to flow through the winding 11, whereupon the compensation bimetal 16 bends upwards in the direction of the curve 17 until it rests against this curve.
Due to the increasing heating of this bimetal and the associated bending, a counterclockwise torque is now exerted on the two-armed lever, which causes the working bimetal 12 to move slowly downwards in the direction of the switching nose 28 of the pawl 26. Since the resistance value of the sensor resistor 6 rises continuously with increasing heating of the hotplate, the current flowing through the winding 11 of the compensation bimetal increases and the heating of this bimetal increases disproportionately. The working bimetal 12 finally reaches the switching nose 28 and deflects the switching pawl 26 in such a way that the switching nose 29 releases the switching cam 30 of the switching rod 31 and the latter returns to its starting position to the left.
As a result, the changeover switch 9 is switched over and, at the same time, the switch 10 is opened. The winding 11 of the compensation bimetal is de-energized, whereas the winding 8 of the working bimetal flows through it. The working bimetal 12 begins to bend upwards, that is to say away from the switching nose 28. At the same time, the compensation bimetal 16 cools down and begins to bend back into its rest position. Since the compensation bimetal is constantly held by the spring 15 on the curve 17, a clockwise torque is now exercised on the two-armed lever 14, whereby the movement of the working bimetal accelerates upwards.
Finally, the working bimetal 12 rests against the curve 17, whereby it constantly bends further upwards, while at the same time the compensation bimetal 16 loses its deflection more and more and moves away from the curve 17.
The working bimetal 12 now rests against the curve 17 under the spring tension 15 and, by bending it further, causes a counterclockwise torque to be exerted on the two-armed lever 14, which in turn causes the compensation bimetal 16 to move in the direction of the Switching nose 20 'of the pawl 20 moved. Finally, the compensation metal will reach this switching nose 20 'and open the snap contact 3.
The current flow to the heating resistor 7 through the winding 8 of the working bimetal is thus interrupted and the latter begins to cool down again.
The compensation bimetal moves away from the switching lug 20 'again and finally releases the snap contact 3 again, whereupon it jumps back into its closed switching position. This process is now repeated periodically during the entire continued cooking time.
It is also possible at any time to interrupt the continued cooking mode by pressing the button 32 and start again with parboiling.