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Nach dem Prinzip der Luftumwälzung arbeitendes elektrisches Raumheizgerät
mit einem Gebläse, einem unterteilten Heizregister und einem mehrstufigen Funktionswahlschalter
Bei elektrischen Raumheizgeräten mit Gebläse für Wohn- oder Büroräume ist es bekanntlich
notwendig, die Wahl der Förderleistung und der Heizleistung nicht in das Belieben
des Benutzers zu stellen, sondern beide in ein bestimmtes Verhältnis zueinander
zu bringen, wenn die das Gerät durchströmende Luft nicht bis zur Sengtemperatur
ihrer Staubteilchen erhitzt bzw. Teile des Luftführungskanals im Gerät oder die
Gerätoberfläche selbst unnötig warm werden sollen, denn die überhitzung der Luft
beeinträchtigt das Wohlbefinden der Benutzer, und die Möglichkeit der Aufheizung
des Gerätes verhindert, es klein und gedrungen aufzubauen. Außerdem ist ein Grenztemperaturschalter
vorgesehen für den Fall, daß das Gebläse ausfällt.
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Deshalb besitzen die Geräte einen Mehrstufenschalter, z. B. einen
Paketschalter, der in den Heizstufen zugleich die Motordrehzahl (z. B. über Vorwiderstände
oder über die Heizwiderstände) in solcher Weise regelt, daß die Lufttemperatur hinter
den Heizelementen im Heizbetrieb annähernd konstant ist. Dabei werden zweckmäßig,
von der »Aus«-Stellung des Schalters ausgehend, die verschiedenen Kühlstufen (bei
denen nur das Gebläse arbeitet, die Heizung aber nicht eingeschaltet ist) durch
Bewegen, z. B. Drehen des Schalters in einer Richtung und die verschiedenen Heizstufen
durch Bewegen des Schalters in der anderen Richtung erreicht.
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Dem Funktionswahlschalter sind dann weiter eine Kontrollampe für den
Einschaltzustand des Gerätes und der Grenztemperaturschalter (z. B. Bimetallschalter)
zugeordnet.
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Aus Gründen eines sparsamen Betriebes kann es erwünscht sein, die
in den Heizstufen, mindestens aber in der Stufe größter Heizleistung entwickelte
Wärme abhängig von der Raumtemperatur zu steuern derart, daß sich das Gerät ausschaltet,
wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, mindestens aber ein Teil der Heizelemente
abgeschaltet wird. Zu diesem Zweck ist dann ein Temperaturwächter (Bimetall) eingebaut,
der in den temperaturabhängig zu regelnden Heizstufen in den Heizstromkreis eingeschaltet
wird. Die Heizleistung wird mithin in diesen Heizstufen durch entsprechende Zusammenschaltung
der Heizelemente über den Funktionswahlschalter nur bereitgestellt, der Heizstromkreis
wird aber erst durch den Temperaturwächter ganz oder zum Teil ein-bzw. ausgeschaltet,
dessen Ansprechtemperatur von Hand eingestellt wird.
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Die Erfindung strebt bei derartigen, nach dem Prinzip der Luftumwälzung
arbeitenden elektrischen Raumheizgeräten mit einem Gebläse, einem unterteilten Heizregister,
einem mehrstufigen Funktionswahlschalter, einem einstellbaren Temperaturwächter
und einem Grenztemperaturschalter eine einfachere Bedienung sowie eine Einsparung
an Schaltelementen an. Das erfindungsgemäße Gerät ist gekennzeichnet durch eine
einzige, mit ihren Kontakten sowohl in den Heizstromkreis als auch in den Gebläsemotorstromkreis
eingeschaltete, von der Raum- und der Gerätetemperatur beeinflußbare Schalteinrichtung,
die mit dem sowohl Schaltstufen mit Temperaturüberwachung als auch solche ohne Temperaturüberwachung
aufweisenden Funktionswahlschalter in an sich bekannter Weise derart gekuppelt ist,
daß sie in den überwachten Schaltstufen der Temperaturwächter für die Raumtemperatur
ist, und bei ihrem Ansprechen zumindest die Heizung auf eine niedrigere Stufe herunterschaltet,
wogegen sie in den nicht überwachten Schaltstufen durch eine Verriegelungseinrichtung
so weit gefesselt ist, daß sie nur bei überschreiten einer Grenztemperatur ansprechen
kann.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung vereinigt in sich die Eigenschaften
eines Temperaturwächters mit denen eines Grenztemperaturschalters, weil sie in solchen
Stufen, in denen sie nicht regeln soll, z. B. in der Stufe kleinster Heizleistung
so weit gefesselt wird, daß sie nur bei überschreiten der Grenztemperatur, nicht
aber im darunterliegenden Temperaturregelbereich ansprechen kann, um das Gerät bei
einer Störung, die auch von außen, z. B. bei versehentlichem
Abdecken
der Ansaugöffnung, einwirken kann, vor übermäßiger Erwärmung zu schützen. In den
Kühlstufen ist sie ebenfalls gefesselt, damit das Gerät bei jeder Raumtemperatur
in der gewünschten Stärke arbeiten kann. Diese Fesselung kann auf mechanischem Wege
vom Betätigungsorgan des Schalters oder seinen beweglichen Teilen aus geschehen.
Sie unterdrückt den Bereich zwischen der Maximaltemperatur des Regelbereichs und
der Grenztemperatur, so daß die Einstellung im überwachten Bereich trotz des großen
Temperaturspielraumes feinfühlig bleibt.
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Wird mit der Abstimmung der Heizleistung auf die Raumtemperatur zugleich
auch die Motordrehzahl in solchem Maße angepaßt, daß jede unangenehme Kühlwirkung
vermieden wird, so wird die von den Heizelementen nach dem Abschalten noch nachgelieferte
Wärme aus dem Gerät abgeführt und zugleich das Fühlglied der Schalteinrichtung ständig
weiter von Luft von Raumtemperatur umspült, so daß ihre Ansprechcharakteristik so
steil wie möglich bleibt.
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Wenn die Schalteinrichtung bei Grenztemperatur anspricht, wird ihr
Schaltglied arretiert und durch Bewegen des Funktionswahlschalters wieder eingerückt,
wie dies bekannt ist. Die Erfindung sieht vor, daß dieses Entarretieren beim Bewegen
des Schalters in eine Schaltstufe im Einstellbereich »Kühlen« erfolgt, und zwar
am vorteilhaftesten in der Kühlstufe größter Gebläseleistung, weil auf diese Weise
bei einem Wiedereinschaltversuch nach einem Aussetzen des Gerätes die im Gerät durch
die Wärmekapazität der Heizelemente gestaute Wärme am schnellsten nach außen abgeführt
wird; bei einem Wiedereinschalten im Einstellbereich »Heizen« hingegen könnte der
Grenzschalter sofort wieder ansprechen. Die Stufe größter Kühlleistung wird zweckmäßig
neben der Grund- oder »Aus«-Stellung des Funktionswahlschalters angeordnet, um das
Wiedereinschalten zu erleichtern.
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Es ist bekannt, die Ansprechtemperatur eines Temperaturwächters ohne
zusätzliche Betätigungsorgane am Gerät allein mittels des Funktionswahlschalters
einzustellen, jedoch ist dies nur für eine Heizstufe möglich. Die Schalteinrichtung
nach der Erfindung ist mit dem Wahlschalter derart gekuppelt, daß sich ihre Einstellung
in mehreren Heizstufen durch Bewegen der Schalterhandhabe zwischen den diesen Stufen
entsprechenden Schaltstellungen ändern läßt.
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Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der
Funktionswahlschalter in der Weise ausgebildet, daß sein die elektrischen Verbindungen
in den einzelnen Kontaktebenen gemäß dem Schaltplan herstellendes Schaltorgan, sei
es z. B. die Nockenwalze eines Drehschalters oder der Schieber eines Schiebeschalters,
unterteilt ist und ein Schleppglied aufweist, welches durch einen Mitnehmen am Schaltorgan
beim Einlaufen des letzteren in eine Raststellung mitgenommen wird und in einer
Kontaktebene wirksam ist, während das Schaltglied der temperaturempfindlichen Schalteinrichtung
ständig mit einer Steuerkurve am Schaltorgan gekuppelt ist. Diese Kupplung kann
kraft- oder formschlüssig sein. Bei einem Walzenschalter liegt die Steuerkurve zweckmäßig
in oder auf einer Steuerscheibe, welche am freien Ende der Schaltwalze sitzt.
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Da in den Regel-Schalt-Stellungen durch die Doppelfunktion des Schalters
die gewählte Schaltstellung nicht in der üblichen Weise durch die Stellung seiner
Handhabe gegenüber einer festen Marke kenntlich ist, wird gemäß weiterer Vervollkommnung
der Erfindung an der Handhabe eine Signalscheibe vorgesehen, die ebenfalls als Schleppglied
ausgebildet ist, von der Handhabe kraftschlüssig mitgenommen und durch Anschläge
am Schaltergehäuse beim Einlaufen in die Rasten der Regel-Schalt-Stellungen festgehalten
und zwischen zwei z. B. durch unterschiedliche Farben kenntlichen Grenzlagen umgeschaltet
wird. Dadurch ist es möglich, festzustellen, aus welcher Schaltstellung, etwa der
für größte oder für mittlere Heizleistung, man in den zwischen diesen Stellungen
liegenden, mit einer Temperaturskala versehenen Regelbereich eingetreten ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 ein
Schaltbild eines Heizlüfters mit zwei einstellbaren Gebläsestufen und drei Heizstufen,
von denen zwei über einen Temperaturwächter abschaltbar sind, Fig. 2 eine andere
Ausführung der Schaltung nach Fig. 1 mit einem in allen Heizstufen auch als Grenztemperaturschalter
wirksamen Wächter, Fig. 3 die schematische Darstellung einer Möglichkeit der Steuerung
des Temperaturwächters vom Funktionswahlschalter aus, Fig. 4 die Draufsicht auf
einen Walzenschalter mit Schleppscheiben und Fig. 5 die Bauelemente dieses Schalters
in perspektivischer Darstellung.
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In den Fig. 1 und 2 ist der Antriebsmotor des Gebläses mit 1 bezeichnet;
er wird über Vorwiderstände 2 bzw. 3 unterschiedlicher Größe in der Drehzahl geregelt.
Zwei elektrische Heizwiderstände 4 und 5 können entweder in Reihe oder einzeln oder
parallel geschaltet werden, so daß mehrere Heizstufen einstellbar sind. Die Betriebsfunktionen
werden mit einem mehrstufigen Schalter 10 mit den einpoligen Kontaktebenen 11 bis
14 bzw. 15 geschaltet. Das Schaltprogramm ist jeweils in einem Diagramm unter den
Schaltbildern dargestellt.
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Im Falle der Fig. 1 besitzt das Programm die Stufe 0, welche die Ausschaltstellung
bezeichnet, die beiden Kühlstufen I k und 1I k, in denen die Heizung nicht eingeschaltet
ist und das Gebläse nur mit unterschiedlicher Geschwindigkeit läuft, sowie die drei
Heizstufen I w, 1I w und III w, in denen eine Heizleistung von z. B. 500, 1000 und
2000 W eingeschaltet ist. Mit der Heizleistung wird die Gebläseleistung geregelt
derart, daß die beiden größeren Heizleistungen von 1000 und 2000 W auch durch ein
größeres Luftvolumen abgeführt werden. In den Motor- und Heizstromkreis ist ein
Temperaturwächter 6 eingeschaltet, der, im Gerät außerhalb des Heizkanals angeordnet,
der Räumtemperatur ausgesetzt ist und bei einem vorgegebenen Temperaturwert anspricht,
d. h. von den mit Pfeilen dargestellten Kontakten abhebt. In der Schaltung nach
Fig. 1 ist der Temperaturwächter nur in den Heizstufen II w und III w wirksam, in
der Heizstufe I w jedoch ebenso wie in den beiden Kühlstufen im geöffneten Zustand
mechanisch blockiert. Die jeweils eingeschalteten Heizelemente, in der Heizstufe
II w das Element 4, in der Heizstufe III w auch das Element 5 über Schaltkontakt
11, werden, sobald die gewünschte Raumtemperatur erreicht ist, von dem Thermoschalter
6 vollständig abgeschaltet, und gleichzeitig wird der Widerstand 2 im Motorstromkreis
abgeschaltet, so daß sich der im
Stromkreis liegende Vorwiderstand
erhöht und der Motor langsamer läuft.
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In der Schaltung nach Fig. 2 liegt der Thermoschalter 6 in allen drei
Heizstufen im Heizstromkreis und außerdem über den Kontakt 14 im Nebenschluß zu
dem Vorwiderstand 2 im Motorstromkreis. Damit der Thermoschalter in den Kühlstufen
nicht die Motordrehzahl und damit die Gebläseleistung herabsetzt - denn die Raumtemperatur
wird in solchem Falle im allgemeinen sehr hoch liegen -, ist er in diesen Stufen
mechanisch blockiert. Wie dies geschehen kann, wird später beschrieben werden. In
sämtlichen Heizstufen ist er dagegen wirksam und setzt immer dann, wenn er anspricht
und die Heizelemente abschaltet, zugleich auch die Motordrehzahl herab. In dieser
Schaltung wirkt der Temperaturwächter zugleich als Grenztemperaturschalter, d. h.,
bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur, die mit Rücksicht auf das Gerät mit
der notwendigen Sicherheit gewählt ist, schaltet er die Heizelemente auf jeden Fall
ab. Bei einem Bimetallschalter kann die hierzu notwendige Durchbiegung des Bimetallstreifens
so gewählt werden, daß sich der Streifen in seiner Aussehaltlage arretiert, so daß
das Gerät ausgeschaltet bleibt. Diese Arretierung kann dann durch Steuerung vom
Schalterknopf aus erst aufgehoben werden, wenn das Gerät auf eine Kühlstufe umgeschaltet
wird.
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Statt die Heizelemente bei Erreichen der vorgegebenen Raumtemperatur
ganz abzuschalten, kann die Schaltung auch so ausgeführt werden, daß der Temperaturwächter
die Heizleistung in die nächstniedrigere oder überhaupt in die niedrigste Heizstufe
zurückschaltet; lediglich in der Heizstufe Iw würde das dann die vollständige Ausschaltung
der Heizung bedeuten.
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In Fig. 3 ist die Steuerung des Temperaturwächters vom Programmschalter
her schematisch dargestellt. Auf der Achse eines Paketschalters sitzt eine Steuerscheibe
20, in die eine Steuerkurve 21 in Form einer Spiralnut eingelassen ist. Vor der
Steuerscheibe läuft ein in den Lagern 22 und 23 geführter Schieber 24 und greift
mit einem Stift 25 in die Steuerkurve 21 ein. Der Schieber wird von einer gegen
das Schaltergehäuse gespannten Feder 26 ständig nach unten gezogen. Mit der Drehung
des (nicht dargestellten) Schalterhebels in Richtung des Doppelpfeiles 34 bewegt
sich der Schieber nach oben oder nach unten. Am oberen Ende trägt der Schieber an
einem kurzen Querhaupt 27 einen haarnadelförmig gebogenen Bimetallstreifen 28; zwischen
beiden ist eine Isolierplatte 29 angeordnet. Der Bimetallstreifen ist an der Klemme
30 angeschlossen und trägt den beweglichen Kontakt 31, während der feststehende
Kontakt 32 zur Klemme 33 führt. Je nach der Stellung der Steuerscheibe 20, d. h.
je nach der Höhenlage des Querhauptes 27 am Stellschieber 24, ist der Bimetallstreifen
mehr oder weniger stark vorgespannt, weil die Kontakte 31 und 32 aufeinanderliegen.
Damit ändert sich die Temperatur, die erforderlich ist, um den Streifen in Richtung
des Pfeiles 35 weiter durchzubiegen, bis schließlich der Kontakt 31 von dem Gegenkontakt
32 abhebt. Um den Bimetallschalter bei bestimmten Betriebsarten des Gerätes zu fesseln,
ist in seinem einen Schenkel ein Stift 36 eingesetzt, der durch ein Loch im anderen
Schenkel hindurchtritt und einen Kopf 37 trägt, der größer als der Lochdurchmesser
ist. Wenn also die Scheibe 20 im Uhrzeigersinn so weit gedreht ist, daß der Stift
25 am großen Radius der Spirale 21 steht, wird die Bewegungsfreiheit des Bimetallstreifens
durch den Stift 36 so begrenzt, daß sich der Kontakt 31 nicht mehr abheben kann.
Es sei angemerkt, daß die Steigung der Steuerspirale 21 in Fig. 3 aus Gründen der
besseren Anschaulichkeit übertrieben stark dargestellt ist.
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In Fig.4 und 5 ist die konstruktive Ausführung des in Fig. 3 dargestellten
Prinzips an einem Walzenschalter dargestellt. Der Schaltkörper 40 sitzt zwischen
zwei Stirnblechen 41 und 42. Auf der Schalterachse 43 sitzt die strichpunktiert
dargestellte Schaltwalze 44, deren Aufbau im einzelnen hier ebensowenig wie die
Anordnung der Schaltfedern interessiert. Die Achse ist in den Blechen 41 und 42
gelagert und trägt auf ihrem rechts heraustretenden Ende den Schalterknebel 45,
der einen scheibenförmigen Fuß 46 hat. Dem Blech 41 ist ein abgekröpftes Führungsblech
47 vorgeschuht. In dem Zwischenraum läuft, wie Fig. 5 deutlicher erkennen läßt,
der Schieber 24, ein abgewinkelter Blechstreifen, welcher an seinem Querhaupt 27,
wie in Fig. 3 erläutert wurde, den Bimetallschalter trägt. Der Stift 25 am Schieber
greift durch ein nicht sichtbares Längsloch 26 (gestrichelt eingezeichnet) in der
Stirnplatte 41 hindurch in die Nut 21 der dahinterliegenden, mit der Schalterwalze
44 fest verbundenen Steuerscheibe 20. Wenn also der Schaltknebel 45 im Uhrzeigersinn
oder in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, verschiebt sich der Schieber 24,
jedoch, wie Fig. 5 deutlicher als Fig. 3 zeigt, nur während eines. Teiles dieser
Drehbewegung, und zwar dann, wenn die Nase 48 des Schaltknebels sich im Bereich
der die Heizstufen kennzeichnenden Marken befindet, die in Fig. 5 zum besseren Verständnis
auf einer strichpunktiert dargestellten Skala 49 mit dicken römischen Zahlen (sichtbar
sind nur die Stufen II und III) eingetragen sind.
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In Fig.5 sind die einzelnen Bauelemente des Schalters in Achsrichtung
auseinandergezogen; der Schalterknopf ist von der Achse 43 abgezogen. Der Schalter
befindet sich kurz vor der Raststellung 1I. Zwischen den Heizstufen II und III ist
eine Temperaturskala von 10 bis 30° aufgetragen, an welcher die Ansprechtemperatur
des Bimetallstreifens eingestellt werden kann. In der Darstellung ist eine Raumtemperatur
von 30° C gewählt. Die Schaltebene 11, mit der die Heizelemente zwischen den Stufen
1I und III umgeschaltet werden, wird von der Schleppscheibe 50 gesteuert, die lose
auf der Achse 43 sitzt und mit der Schaltwalze 44 über eine Nut 51 und einen Stift
52 gekuppelt ist. Die Schaltfeder des Kontaktes 11 ist in die Kerbe 53 eingefallen,
der Kontakt also geschlossen, und die Heizelemente 4 und 5 sind eingeschaltet: Das
Gerät arbeitet also in fier Heizstufe III. Die Schleppscheibe wird durch die Federkraft
des Kontaktsatzes festgehalten. Wird eine andere Raumtemperatur gewählt, z. B. der
Knebel 45 von 30° auf 10° zurückgestellt, so drehen sich zwar Schaltwalze 44 und
Steuerscheibe 20 - wobei sich die Vorspannung des Bimetallstreifens ändert-, aber
die Schleppscheibe 50 bleibt stehen, weil der Stift 52 in der Nut 51 laufen kann.
Wird der Knebel jedoch von der in Fig. 5 gezeichneten Stellung auf die Heizstufe
II gestellt, so schlägt der Stift 52 gegen das Ende der Nut 51 und nimmt die Schleppscheibe
mit; die Kontaktfeder hebt aus der Nut 53 aus und öffnet
den Kontakt
11. Das Heizelement 5 ist somit abgeschaltet. Wird nun der Schaltknebel wieder aus
der Heizstellung 1I heraus auf die Temperaturskala zurückgeführt (also z. B. wieder
in die in Fig. 5 gezeichnete Stellung), so bleibt Kontakt 11 geöffnet. Erst bei
Einschalten des Temperaturregelbereiches über Raststellung III wird Kontakt
11 wieder geschlossen.
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Um die Heizstufe - Raststellung II oder III -kenntlich zu machen,
von der ausgehend die Raumtemperatur eingeregelt wurde, befindet sich auf der Nabe
54 des Schaltergriffes 45, 46 eine lose Scheibe 55, die auf ihrer in Fig. 5 abgewendeten
Seite eine farbige Markierung trägt, welche durch ein Loch in der Scheibe 46 sichtbar
wird, und zwar dann, wenn der Schaltknebel auf die Heizstufe III gestellt wird.
Dann haben sich nämlich der Stollen 56 an der Scheibe 46 und die Schulter
57 an einem fast über den halben Umfang der Scheibe 55 reichenden Absatz gegen den
gehäusefesten Anschlag 58 gelegt. Dabei ist eine Rippe 59 an der Signalscheibe 55
in eine von zwei Rippen 60 an der gegenüberliegenden Fläche der Scheibe 46
gebildete Nut eingesprungen. Zwischen Signalscheibe und Schalterknopf wird durch
die Sattelfeder 61 ein Reibungsschluß hergestellt. Wird also der Schalterknebel
von der Raststellung III herunter in Richtung auf die Raststellung II bewegt, so
nimmt sein scheibenförmiger Fuß 46 die Signalscheibe 55 mit, und die farbige Markierung
bleibt weiter sichtbar. Wird nun der Schalterknebel vollends auf die Raststellung
1I gestellt, so legt sich der Anschlag 58 gegen die andere Schulter 62 der Signalscheibe
und zwingt diese zu einer Relativbewegung gegenüber dem Schalterglied, bei der die
Rippe 59 aus der erwähnten Nut aushebt und die farbige Markierung hinter dem Loch
in der Knebelscheibe 46 verschwindet.
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Der geschilderte Vorgang wiederholt sich jeweils beim Übergang aus
dem Bereich der Temperaturskala in eine der Raststellungen 1I bzw. 11I, wobei gleichzeitig
von der Schleppscheibe 50 die Heizelemente mitgeschaltet werden.