DD158831A1

DD158831A1 - Schutzvorrichtung mit einem selbsttaetigen ausloesemechanismus fuer elektrische anlagen

Info

Publication number: DD158831A1
Application number: DD22953281A
Authority: DD
Inventors: Matthias Haase
Original assignee: Matthias Haase
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1983-02-02
Also published as: FR2504722A1; GB2097593A; DE8207283U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung mit einem selbsttaetigen Ausloesemechanismus, fuer unvorhergesehene Betriebsvorfaelle in elektrischen Anlagen, vorzugsweise Geraete zur fluessigen Medienerwaermung. Es soll eine materialarme technologisch einfache entsprechende Vorrichtung mit relativ hoher Funktionssicherheit erzielt werden. Dabei soll die Aufgabe geloest werden, dass ein im Signalerzeugungsbereich festgelegter Spanndraht im unvorhergesehenen Betriebsvorfall freigesetzt und umgehend in seine urspruengliche Ausgangslage zurueckgefuehrt wird, dass dabei eine Stromkreisunterbrechung nicht selbsttaetig beseitigt, sondern ein einschaltbereiter Zustand der Vorrichtung ermoeglicht werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass ein mechanischer Schalter aus einem federnden elektrischen Isolator, einem federnden elektrischen Stromleiter und einer giebelfoermig gebogenen Feder besteht, die im Geraeteanschluss miteinander verbunden sind, dass die giebelfoermige Feder im Isolatorbereich eingekuppelt ist, in dem der Spanndraht angeordnet ist, und dass der federnde Stromleiter zwischen dem Isolator und der giebelfoermigen Feder vorgesehen ist.

Description

229532 δ

Tital der Erfindung

"Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen"

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dia Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen bzw· Geräta, vorzugsweise für elektrische Heizgeräts zur Erwärmung von flüssigen Medien, insbesondere Tauchsieder zur Erwärmung von Wasser· Eine derartige Schutzvorrichtung kann auch für Schaltaufgaben bei Oberstrombelastung von elektrischen Anlagen, beispielsweise Sicherungen angewendet werden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Elektrische Anlagen, vorzugsweise Heizgeräte zur Wassererwärmung, können grundsätzlich mit einer Schutzvorrichtung versehen sein, um im Falle unvorhergesehener Betriebsvorfälle, insbesondere "Trockengehen" vorher genannter Geräte, ein Durchbrennen von in diesen Geräten angeordneten Heizkörpern (Heizwendel) weitgehend auszuschließen· Mit diesen Schutzvorrichtungen können somit Brandgefahr und Unbrauchbarkeit der Geräte weitgehend vermieden werden«

229532 8

Ira Gegensatz zu allen anderen Elektrowärmegeräten bereitet ein Einbau einer Schutzvorrichtung in einem Taucheieder gewisse Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß ein Schalter im Anschluß- oder Griffteil, welches sich an unbeheiztan Rohrenden befindet, angeordnet werden muß, während ein auslösendes Organ (Fühler) möglichst nahe am thermischen Schwerpunkt (Signalstelle) angeordnet werden muß· Das wird aus der Tatsache deutlich, daß beim Betrieb an der Luft der Tauchsiedergriff bereich relativ kalt bleibt, während der Bereich, in dem der Heizkörper im Tauchsieder angeordnet ist, etwa schon 1173 K erreicht hat·

Daraus ergibt sich die Forderung, daß das Fühlorgan und der Schalter einer sogenannten Schutzvorrichtung funktionell miteinander verbunden sein müssen·

Weitere Forderungen sind, eine wasserdichte Anordnung der gesaroten Schutzvorrichtung im Heizgerät und eine Betätigung des im Anschluß- bzw. Griffteil des Heizgerätes angeordneten Schalters von außen·

Diese Forderungen bedingen grundsätzlich einen erheblichen Aufwand hinsichtlich Technologie und Material.

Die gegenwärtig bekannten Schutzvorrichtungen arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien, wie es beispielsweise die DE-PS 1074 778, 1099 661 (Prinzip einer Flüssigkeits- oder Gasausdehnung); DE-0S2104 618; 2238 341 (Temperaturregler oder Соигіѳтѳспапізтѳп); DE-AS 1241 519 (Bimetallkombination), DE-OS 2540 034 (Temperatursicherung) und OD-PS 29 170 (Auslötprinzip) zeigen·

229532 8

In den DE-PS 10?^ 778(21 h, 13/17) und 1099 ббі(21 h, 13/Ю) werden Schaltvorrichtungen offenbart, die nach einem Flüssigkeit s- oder Gasausdehnungsprinzip arbeiten» Hierbei handelt es sich um ein geschlossenes Gefäßsystem, das aus einem im Tauchsiedergriff angeordneten sogenannten Druckgehäuse und einem außen am Heizrohr angeordneten Kapillar— bzw. Temperaturfühlrohr besteht.

Das Druckgehäuse ist als eine Springmembran ausgebildet, die bei bestimmten Druckverhältnissen reversibel in eine neue stabile Ruhelage springt. Das geschlossene Gefäßsystem ist mit einer ¥ärraeausdehnungsflüssigkeit gefüllt. Bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur am Fühlrohrende expandiert das im Gefäßsystem eingebrachte Medium. Ein anschließend steigender Innendruck bewirkt ein sogenanntes Aufspringen der Membran in eine konvexe Ruhelage. Damit wird eine weitere Stromzufuhr zum Heizgerät unterbunden. Erst wenn mittels Schaltknopf die Membran in eine konkave Ruhelage gebracht wird, kann der Heizvorgang fortgesetzt werden.

Nachteilig dieser Schaltvorrichtung ist ihre relativ komplizierte Herstellung hinsichtlich Füllen einer definierten Ausdehnungsflüssigkeitsmenge in ein definiertes Volumen in das Gefäßsystem unter Vakuum.

Weiterhin ist diese Schaltvorrichtung für elektrische Anlagen bzw. Geräte kaum geeignet, wo Signalstelle und Schalter (Empfänger) auf Grund bestimmter Bedingungen lokal voneinander getrennt angeordnet werden müssen. Ferner ist die Anordnung des Temperaturfühlrohres außerhalb am Heizrohr nicht vorteilhaft, da nicht immer vermeidbare Kalkrückstände und Deformierungen am Tauchsieder zu wesentlichen Funktionseinschränkungen führen können·

229532 8

Weiterhin wird in einer DD-PS 29 170 (Н05Ъ, 1/02) eine Vorrichtung für Tauchsieder gegen "Trockengehen" nach einem Auslötprinzip dahingehend beschrieben, daß im Tauchsiedergriff eine vorgespannte Blattfeder mit einen an dieser Feder fest angeordneten Stift bzw· Draht vorgesehen ist, der von einem Röhrchen umgeben ist und mit seinem anderen Ende in demselben mittels Zinnlot fest umschlossen ist.

Der Stift und die Blattfeder halten gemeinsam unter Wirkung einer Druckfeder ein ebenfalls im ~,Tauchsiedergriff angeordnetes Kontaktstück geschlossen. Im Fall "Trockengehen" des Tauchsieders ^ibt das flüssige Zinnlot den Stift frei. Infolgedessen hebt sich die Blattfeder vom Kontaktstück ab und der Stromkreis wird unterbrochen. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist ein komplizierter, störanfälliger und aufwendiger Wiedereinschaltvorgang.

Das Einschalten muß entweder innerhalb der Phase des sich abkühlenden Zinnlotes abgeschlossen sein oder mit Hilfe einer fremden Wärmequelle bzw, mit der bereits eingebauten Heizwendel vorgenommen werden.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll eine weitgehend materialarme und technologisch einfache Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen erreicht werden, die bei relativ hoher Funktionssicherheit auch eine Fernübertragung eines entsprechenden Signals sowohl für Groß— als auch für Kleingeräte ermöglicht.

229532 8

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung vorher genannter Art zu schaffen, daß ein im Signalerzeugungsbereich festgelegter Spanndraht im unvorhergesehenen Betriebsvorfall freigesetzt und umgehend in seine ursprüngliche Ausgangslage zurückgeführt werden kann, daß dabei eine durch den Spanndraht vorher verursachte Stromkreisunterbrechung nicht selbsttätig beseitigt werden kann, sondern ein einschaltbereiter Zustand der Schutzvorrichtung ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mechanischer Schalter aus einem federnden elektrischen Isolator, einem federnden elektrischen Stromleiter und einer giebelförraig gebogenen Feder besteht, die im Anschlußoder Griffteil eines entsprechenden Gerätes miteinander verbunden sind.

Die giebelförmig gebogene Feder ist mit einem ihrer beiden Schenkel in den Bereich des elektrischen Isolators eingekuppelt, in dem der Spanndraht angeordnet ist.

Zwischen dem Isolator und der giebelförmigen Feder ist der federnde elektrische Stromleiter angeordnet.

Der Schenkel der giebelförmigen Feder, der mit dem Bereich Isolator/Spanndraht gekuppelt ist, ist an seinem Ende vorzugsweise s-förmig ausgebildet.

Ferner kann die zwischen dem Isolator und der giebelförmigen Feder angeordnete Feder kürzer als die vorher genannten Federelemente ausgebildet sein«

229532 8

Weiterhin ist unterhalb des federnden Isolators, vorzugsweise im Bereich in dem der Spanndraht angeordnet ist, im Anschluß— bzw. Griffteil des Gerätes eine Stütze angeordnet. Die Stütze ist zugleich Stromverbindungsteil zwischen federnden Stromleiter und dem Rohr, in dem der Spanndraht bekannter Weise vom Schalter zum Signalerzeugungsbfreich geführt ist.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist folgendermaßen:

Im geschalteten Zustand der Schutzvorrichtung sind mittels der als Stromleiter ausgebildeten Feder entsprechende Schaltkontakte geschlossen. Der Spanndraht ist noch im Bereich der Signalerzeugung arretiert. Der elektrische Isolator ist entspannt. Die zwischen dem Isolator und der giebelförmig gebogenen Feder angeordnete Feder wurde durch eine am Gerätegriff angeordnete Drucktaste gespannt. Diese gespannte Feder, als aktiver Teil der Schaltfunktionen der Schutzvorrichtung, übt durch die im Bereich des am Isolator fest angeordneten Spanndrahtes eingerastete giebelförmige Feder eine Zugkraft auf den Spanndraht aus.

Die giebelförmige Feder ist in ihrem höchsten Punkt (Firstpunkt) entspannt und im Befestigungspunkt gespannt.

Bei einem unvorhergesehenen Betriebsvorfall wird der Spanndraht aus dem Bereich der Signalerzeugung freigesetzt. Die aktive bzw. stromführende Feder entspannt sich und zieht dabei den mit der giebelformigen Feder eingekuppelten Isolator in Richtung der Drucktaste.

Dieser Vorgang wird zusätzlich durch die giebelförmige Feder unterstützt, bis diese mit ihren höchstgelegenen Punkt

229532 8

innerhalb аш Anschluß- oder Griffteil des Gerätes zum Anliegen kommt. In dieser Phase wird der Stromkreis im Gerät unterbrochen.

Die nun anliegende giebelformige Feder wird durch die aktive Feder, die jetzt nicht mehr stromführend ist, aufgespreizt .

Dieses Aufspreizen bewirkt ein Entkuppeln des Isolators aus der giebelförinig gebogenen Feder. Der federförmig ausgebildete Isolator kann sich somit mit seinem Spanndraht in Richtung des Signalerzeugungsbereiches entspannen.

Diese Entlcupplungs- und Entspannungsphase der Federelemente erfolgt innerhalb des Zeitraumes, in der sich der Bereich der Signalerzeugung noch in dem Zustand befindet, der durch das Auftreten des unvorhergesehenen Betriebsvorfalles entstanden war.

Der Spanndraht befindet sich nach Ablauf vorher genannter

Phase wieder im Bereich der Signalerzeugung und wird durch

eine Reversibilität des Zustandes des Bereiches der Signalerzeugung arretiert.

Die Schutzvorrichtung ist somit einschaltbereit.

Nach Beseitigung des nicht vorhersehbaren Betriebsvorfalles wird durch Beta igen der Drucktaste die giebelförmig gebogene Feder in Richtung des Standortes des Isolators soweit bewegt, bis sie wieder im Bereich des Isolators, wo der Spanndraht angeordnet ist, einkuppelt. Damit sind sowohl die giebelförmige Feder und die zwischen ihr und dem Isolator angeordnete Feder als auch der Spanndraht neu vorgespannt« Erst jetzt ist der Stromkreis wieder geschlossen.

229532 8

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig, 1: eine Schnittansicht eines Heizgerätes

in dem die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung angeordnet ist;

Fig, 2 bis Fig, 5: schematische Darstellung des Funktions—

ablaufes der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung nach Fig. 1,

Gemäß der Fig, 1 ist die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung zum besseren Verständnis in einem elektrischen Heizgerät zur Erwärmung von flüssigen Medien, vorzugsweise in einem Tauchsieder 1 zur Erwärmung von Wasser, schematisch dargestellt.

Der in der Fig, 1 dargestellte Tauchsieder 1 besteht aus einem Griff 2 und einem Heizrohr 3. Der Griff 2 besteht aus zwei Griffhalften k, 5, In den beiden Griffhalften k, 5 und dem Heizrohr 3 ist die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung angeordnet, deren selbsttätiger Auslösemechanismus nach dem Auslötprinzip arbeitet und aus einem mechanisch—zugfesten Spanndraht 6, einer Schmelzsubstanz bzw, schmelzbaren Masse 12 und einem Schalter 7 besteht.

Der Spanndraht 6 ist im Bereich der schmelzbaren Masse 12 und einer Heizwendel 13 — zugleich Bereich der Signalerzeugung - arretiert. Der mechanisch—zugfeste Spanndraht 6 bildet ein mechanisches Bindeglied zwischen dem Bereich der Signalerzeugung 12, 13 und dem Schalter 7«

229532 8

Die Heizwendel 13 ist іш Heizrohr 3, das aus einem vernickelten Kupferrohr bestehen kann, angeordnet.

Der Schalter 7 besteht aus drei Federelementen 8, 9» 10 und einer abgekapselten Drucktaste 11. Die Drucktaste 11 ist im Griffteil к angeordnet.

Die drei Federelemente 8, 9,iO sind innerhalb des Tauchsiedergriffs 2 zwischen der Drucktaste 11 und einer Stütze 19 an einem gemeinsamen Befestigungspunkt 18 angeordnet, der vorzugsweise aus einer Schraubverbindung bestehen kann. Die Stütze 19 kann sox/ohl einer Deformierung des Spanndrahtes б entgegenwirken als auch als Teil einer Stromzuführung dienen.

Die der Drucktaste 11 naheliegende Feder 8 kann vorzugsweise giebelförmig gebogen sein.

Ferner ist diese giebelförmige Feder 8 an ihrem dem Befestigungspunkt 18 gegenüberliegenden Ende vorzugsweise s—förmig ausgebildet. Diese an einem der beiden Schenkel 17 der Feder s-förraige Ausbildung 14 dient zum Einkuppeln in die Feder 10, die blattförmig ausgebildet ist und aus einem elektrisch isolierendem Material besteht (weiter Isolator 10 genannt). Im Bereich, wo die giebelförmige Feder 8 in den Isolator 10 eingekuppelt, ist der Spanndraht б angeordnet.

Zwischen der giebelformigen Feder 8 und dem Isolator 10 ist die Feder 9 angeordnet, die ebenfalls vorzugsweise als Blattfeder ausgebildet sein kann.

Im gespannten und entspannten Zustand der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, das heißt, wenn sich der Spanndraht 6 gemäß Fig. 2 und Fig. 5 immer im Bereich der Signalerzeugung 12, 13 befindet, bilden Isolator 10 und Spanndraht б einen

229532 8

T/inkel von 90 , Die Federkraft des Isolators 10 muß so groß sein, daß er beim "Trockengehen." des Tauchsieders 1 den Spanndraht 6 sofort bzw. zwangsläufig nach einem Abschaltvorgang wieder in seine ursprüngliche Ausgangslage, d. h., in den Bereich der Signalerzeugung 12, 13, zurüclcführt. In dieser Phase muß die Schmelzsubstanz 12 aber noch flüssig sein.

Die zwischen der giebelförmigen Feder 8 und dem Isolator angeordnete blattförmige Feder 9 ist als der aktive Teil der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung zu betrachten. Diese Feder 9 njuß so vorgespannt werden, daß der Isolator 10 gemäß Fig. h aus der giebelförmigen Feder 8 ausrastet.

Die Feder 9 kann kürzer ausgebildet sein als die übrigen Federelemente 8, 10.

Ferner kann die Feder 9 als ein stromführendes Element der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ausgebildet sein, in dem beispielsweise ein Schaltkontakt der beiden Schaltkontakte an der Feder 9 angeordnet ist.

Die giebelförmige Feder 8 kann im Befestigungspunkt 18 um einen bestimmten Winkel vorgespannt werden.

Ferner kann die giebelförmige Feder 8 auch als ein stromführendes Element ausgebildet sein.

Die Heizwendel 13 ist mit einem innerhalb des Heizrohres 3 angeordneten dünnen Rohr 15 verbunden, das an der Beruh— rungsstelle 16 in Richtung zur Heizwendel 13 verschlossen ist. Dieses Rohr 15 kann zugleich als ein Stromleiter zwischen der Stütze 19 und dem Bereich der Signalerzeugung 12, 13 fungieren. In dem oben genannten Bereich ist innerhalb des Rohres 15 die schmelzende Masse bzw· Schmelzsubstanz 12 vorgesehen, in der der Spanndraht 6 mit seinem dem

229532 8

Isolator 10 gegenüberliegenden Ende arretiert ist und eine stoffschlüssige Verbindung bildet.

Vorzugsweise können das Rohr 15 aus Aluminium, der Spanndraht 11 aus einer Magnesium-Aluminium-Legierung und die schmelzbare Masse 12 aus einer eutektisohen Substanz bestehen.

Eine Anordnung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kann aber auch in anderen hier nicht näher genannten elektrischen Geräten oder Anlagen erfolgen, wo ähnliche nicht vorhersehbare Betriebsvorfälle auftreten können.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung sind folgende:

Wie es die Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen, ist die erfindungsgeraäSe Schutzvorrichtung relativ technologisch einfach, robust und materialarm gestaltet. Ferner ist diese Vorrichtung hinsichtlich ihrer Einfachheit variabel soi/ohl für Groß- als auch für Kleingeräte einsetzbar und von hoher Funktionssicherheit gekennzeichnet. Diese Merkmale der Schutzvorrichtung gewährleisten gegenüber den bekannten Schaltern und Vorrichtungen ein sicheres Abschalten und durch ein einfaches manuelles Betätigen der Drucktaste ein umgehendes Einschalten der entsprechenden Anlage.

Eine Justierung der Schutzvorrichtung kann durch die vorteilhafte Anordnung und Ausgestaltung der Bauteile weitgehend vernachlässigt werden.

Der Spanndraht 6 kann einerseits eine rein mechanische und andererseits auch eine elektrische Funktion übernehmen, nämlich in der Art, indeia er als eine elektrische Sicherung wirkt, insbesondere im Falle Masseschluß eines Heizkörpers in einem entsprechenden Gerät.

229532 8

Die erfindungsgemäße Lösung ist auch vorzugsweise für derartige elektrische Anlagen geeignet, bei denen lokal getrennte Anordnungen der Bereiche der Signal9telle vom Schalter (Stromtrenneinrichtung) unter besonderen Bedingungen erforderlich sind« wie beispielsweise unter Bedingungen von Wärme, Feuchtigkeit, Schwingungen, elektrische Isolation usw·, die eine weiträumige Fernübertragung von Signalen zum Schalter 7 notwendig machen.

Claims

229532 8 Erfindungsanspruch

1. Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische .Anlagen bzw. Geräte, vorzugsweise für elektrische Heizgeräte zur Erwärmung von flüssigen Medien, die im Anschluß- oder Griffteil eines entsprechenden Heizgerätes angeordnet ist und grundsätzlich aus einem Spanndraht sowie einem Schalter besteht, wobei der Spanndraht innerhalb eines dünnen Rohres bis in den Bereich der Signalerzeugung führt, in dem der Spanndraht arretiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Schalter (7) aus einem federnden elektrischen Isolator (1O), einem federnden elektrischen Stromleiter (9) und einer giebelfÖrmig gebogenen Feder (8) besteht, die im Anschluß— oder Griffteil eines entsprechenden Gerätes miteinander verbunden sind, daß die giebelförmig gebogene Feder (8), mit einem ihrer beiden Schenkel (17) in den Bereich des elektrischen Isolators (10) gekuppelt ist, in dem der Spanndraht (6) angeordnet ist, und daß der federnde Stromleiter (9) zwischen dem Isolator (1O) sowie der giebelf örmigen Feder (8) angeordnet ist.

2. Schutzvorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel (17) der giebelförmigen Feder (8), der mit dem Bereich Isolator (iO)/Spanndraht (6) gekuppelt ist, an seinem Ende (1*0 vorzugsweise s—förmig ausgebildet ist.

3· Schutzvorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Isolator (1O) und der gie— belförmigen Feder (8) angeordnete Feder (9) kürzer als die vorher genannten Federelemente (8, to) ist.

229532 8

K. Schut zvor г ichtxxng nach Punlct 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des federnden Isolators (Ю), vorzugsweise im Bereich in dem der Spanndraht (6) angeordnet ist, im Anschluß- bzw.

Griffteil des Gerätes eine Stütze (19) angeordnet ist.

5. Schutzvorrichtung nach Punkt 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (i°) zugleich Stromverbindungs teil zwischen dem federnden Stromleiter (9) und dem
Rohr (15) ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.