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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für automatisches Ein- und
Abschalten von Gasbrennstellen mit thermoelektrischer Sicherung, bei der ein Hilfsschalter
aus einem mit Gaszufluß und Gasabfluß ausgerüsteten Gehäuse besteht, bei dem auf
der einen Seite ein thermoelektrischer Magnet angeordnet ist, auf dessen Polflächen
eine mit dem unter Federdruck stehenden Ventilteller zur Absperrung des Gasflusses
verbundene Ankerplatte bei brennender Gasflamme festgehalten wird, wobei der Ventilteller
durch einen, vorzugsweise durch einen Elektromagneten betätigbaren, mit Anker versehenen
Stößel aufdrückbar ist.
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Derartige Einrichtungen für automatisches Ein-und Abschalten von Gasbrennstellen
sind an sich bekannt. Zum Öffnen der Gaszufuhr bei diesen bekannten Einrichtungen
dient ein Elektromagnet, der bei Stromzufuhr aus dem Netz das Ventil durch Bewegung
des Tauchankers über den Stößel öffnet und dabei gleichzeitig die Ankerplatte vor
die Polflächen des thermoelektrischen Magneten legt. Der wesentliche übelstand dieser
Vorrichtungen besteht darin, daß die Bewegung des Tauchankers schlagartig erfolgt,
so daß die in den sich bewegenden Teilen gespeicherte Bewegungsenergie von den Polflächen
des Magneten aufgefangen werden muß. Die Polflächen des thermoelektrischen Magneten
sowie die gegenüberliegende Ankerfläche der Ankerplatte werden dadurch nach kurzer
Zeit abgerundet und beschädigt, wonach die vor der Zerstörung ebenen Magnetflächen
des thermoelektrischen Magneten und die Ankerplatte sich nach verhältnismäßig kurzer
Zeit durch die Abrundungen nur noch an wenigen Stellen berühren, wodurch eine Schwächung
der Magnetkraft eintritt und die Feder, die unter dem Ventilteller angeordnet ist,
bei nicht genügendem Halt der Magnetplatte auf den Magnetflächen diese Ventilteller
in Schließstellung bringt. Die Vorrichtung ist nach kurzer Zeit unbrauchbar.
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Da zwischen der Ankerplatte und den auffangenden Enden des U-förmigen
thermoelektrischen Magneten immer ein dichter Schluß vorhanden sein muß, haben die
vorbekannten Vorrichtungen zwangläufig zwischen Tauchanker und einem Magnetkern
einen Luftspalt. Dadurch entsteht, was als weiterer wesentlicher übelstand angesehen
wird, ein störendes Brummgeräusch durch die am Magneten liegende Wechselspannung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Einrichtung
für automatisches Ein-und
Abschalten von Gasbrennstellen mit thermoelektrischer
Sicherung den Sicherheitsschalter durch eine elektromagnetisch oder elektrothermisch
erzeugte Hilfskraft für die Zeit bis zum Aufheizen des Thermoelementes derart in
»Auf«-Stellung zu drücken, daß eine Beschädigung der Magnetflächen des thermoelektrischen
Magneten, sowie auch der Auflagefläche der Ankerplatte verhindert wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Stößel axial verschiebbar im
Inneren eines durch den Elektromagneten bewegten Ankers bzw. bei Bimetallanordnung
im Inneren eines Führungszapfens angeordnet ist, wobei er axial unter dem Druck
einer Feder steht, die ihn in die vordere Endstellung im Anker oder Führungsgehäuse
drückt. Damit ist der wesentliche Vorteil erzielt, daß die im Anker oder im Führungsgehäuse
angeordnete Feder die Wucht des Ankers von einer Fläche des Magnetkernes aufgefangen
wird und nicht von den empfindlichen Polflächen des Thermomagneten aufgenommen werden
muß. Dabei muß berücksichtigt werden, daß eine Abbremsung der Bewegungsenergie des
Ankers oder bei Bimetallanordnung des Führungszapfens beim Erfindungsgegenstand
nur noch zu einem Bruchteil von den Polflächen des thermoelektrischen Magneten vorgenommen
wird, da eine Weiterbewegung durch die schwimmende Anordnung des Stößels möglich
ist und der Endpunkt bei Anordnung eines Ankers auf einer Fläche des Magnetkernes
liegt, so daß hier zur Brummbeseitigung ein Kupferkurzschlußring vorgesehen sein
kann und kein Luftspalt mehr vorhanden sein muß, während bei Anordnung eines Führungszapfens
der Druck durch das Bimetall ohne weiteres fortgesetzt werden kann, auch wenn die
Ankerplatte bereits auf den Polflächen des thermoelektrischen Magneten liegt. Diese
Polflächen nehmen somit nur die Kraftdifferenz, die in der unterschiedlichen Dimensionierung
der beiden Federn liegt auf. Diese Kraftdifferenz ist minimal, so daß eine Zerstörung
der Polflächen des thermoelektrischen Magneten oder der Ankerplatte selbst nicht
vorkommen kann.
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Ein weiterer sehr wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin,
daß der Weg zwischen der Ankerplatte, wenn sie in Ruhestellung steht, und den Polflächen
des thermoelektrischen Magneten kleiner ist als der Weg des den Stößel umgreifenden
Ankers bzw. des Führungszapfens bis zum entsprechenden Anschlag auf dem Kurzschlußring
oder auf dem Gehäuse selbst. Dadurch ist ein einwandfreies Hintereinanderwirken
der beiden Federn möglich, wobei die im Anker oder im Führungszapfen angeordnete
Feder erst anspricht, wenn die Ankerplatte auf den Polflächen des thermoelektrischen
Magneten aufliegt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen F i g. 1 und 2 verschiedene Ausführungsbeispiele im Querschnitt, F i g.
3 bis 5 drei verschiedene Phasen des Bewegungsablaufes im Schnitt bei einer Bimetallanordnung.
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In der Leitung zu einer beliebigen Gasbrennstelle ist ein Sicherheitsschalter
11 angeordnet, in dem ein Ventilteller 55 einen Gaseintrittsstutzen 11 a vom Gasaustrittsstutzen
11 b trennt. Dieser Sicherheitsschalter 11 besteht aus einem Gehäuse, bei dem auf
1 der einen Seite ein U-förmig ausgebildeter thermoelektrischer Magnet 60 angeordnet
ist, der elektrisch mit einem, dem Brenner zugeordneten Thermoelement verbunden
ist, das nicht dargestellt ist und auf dessen Polflächen 59 eine mit dem Ventilteller
55 zur Öffnung und Absperrung der Gaszufuhr über eine axial bewegliche Stange 57
verbundene Ankerplatte 58 aufsetzbar ist, während auf der anderen Seite des Gehäuses
des Sicherheitsschalters ein ebenfalls mittig angeordneter, axial verschiebbar gelagerter
Anker 53 bzw. ein ebenfalls axial verschiebbar, mittig angeordneter Führungszapfen
97 angeordnet ist.
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Zwischen der Ankerplatte 58 bzw. einem entsprechenden Steg des Gehäuses
und dem Ventilteller 55 ist eine Feder 56 angeordnet. Eine zweite Feder ist im Inneren
des Ankers 53 bzw. des Führungszapfens 97 angeordnet und mit 61 beziffert. Die Feder
61 stützt sich auf eine Platte 54 b eines Stößels 54 ab, der schwimmend, axial verschiebbar
einerseits im Anker 53 gelagert ist und andererseits mit seinem Ende 54 a
bei
axialer Verschiebung den Ventilteller 55 mutig berührt.
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Der Anker 53 wird durch eine Hilfsmagnetwicklung 51 bewegt, während
der Führungszapfen 97 von einem Bimetallstreifen 94, der mit einer Heizwicklung
95 versehen ist, axial eingedrückt wird. Diese Heizwicklung 95 kann mit einer Sicherung
96 versehen sein, um ein zu lang andauerndes Festhalten des Führungszapfens 97 zu
verhindern, wenn die übrigen Sicherheitseinrichtungen der Gesamtanlage versagen.
Auch die Hilfsmagnetwicklung 51 kann im Querschnitt so klein und gleichzeitig in
ihrer Windungszahl so niedrig gehalten werden, daß bei Betriebsspannung von 220
Volt in spätestens 60 Sekunden durch die hohe Strombelastung die Wicklungstemperatur
und damit der Widerstand so hoch wird, daß die dadurch absinkende Magnetkraft bei
passend dimensioniertem Kupferkurzschlußring 64, auf den der Anker 53 aufsetzt,
kleiner ist als die Kraft der Feder 56, wobei die Drahtisolierung derart ausgebildet
ist, daß diese nach spätestens 60 Sekunden zerstört ist. Um dies zu erreichen, muß
der Drahtquerschnitt der Wicklung des Hilfsmagneten 51 entsprechend klein gewählt
werden. Durch die starke Widerstandszunahme der Kupferwicklung bei 200° C gegenüber
der Raumtemperatur sinkt dann die Stromaufnahme der Wicklung auf etwa 65%, wodurch
dann die Magnetkraft abfällt auf etwa 40%. Die Magnetkraft ist dann bei richtiger
Auslegung des Kupferkurzschlußringes 64 und richtiger Dimensionierung der Wicklung
kleiner als die Kraft beider Federn 61 und 56, die somit die Schließstellung des
Ventiltellers 55 herbeiführen. Außerdem führt die hohe Wicklungstemperatur von über
200° C zur Zerstörung der Wicklung durch Wicklungsschluß und Unterbrechung, nämlich
Drahtbruch, wodurch dann die Magnetkraft vollständig versiegt. Beide Sicherungen,
und zwar die Sicherung 96 und der relativ kleine Drahtquerschnitt der Wicklung des
Hilfsmagneten tragen dazu bei, daß bei Versagen des Ausschaltmechanismus für die
Stromzuführung einerseits für den Hilfsmagneten 51 und andererseits für die Heizwicklung
95 diese Zusatzsicherungen eintreten.
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Die Wirkungsweise bei Normalbetrieb ist folgende: Durch die Kraftwirkung
des erregten Hilfsmagneten 51 bei geschlossenem thermoelektrischem Stromkreis wird
der Anker 53 und damit der Stößel 54 in Pfeilrichtung C bewegt, wodurch der Ventilteller
55 gegen die Kraft der Feder 56 in »Auf«-Stellung gedrückt und dadurch gleichzeitig
über die Stange 57 die Ankerplatte 58 vor die Polflächen 59 des Magneten 60
golegt
wird. Um letztres sicherzustellen, ist der Zwischenraum y zwischen den Polflächen
59 und der sich in Ruhestellung befindlichen Ankerplatte 58 kleiner als der Zwischenraum
x für den Hubweg des Ankers 53, Ferner ist die Kraft der Feder 61 größer als die
Kraft der Feder 56. Durch Zusammendrücken der Feder 61 legt sich der Anker 53 vor
die Fläche 62 des Magnetkernes 63 des Hilfsmagneten 51. Das satte Aufliegen des
Ankers 53 auf der Fläche 62 ist notwendig, um ein starkes Brummen des mit Wechselstrom
erregten Hilfsmagneten 51 zu verhindern, Zur Brummbeseitigung ist, wie bereits erwähnt,
ein Kupferkurzschlußring 64 vorgesehen. hie Feder 61 bewirkt fernerhin, daß die
Wucht des Ankers 53, die sich auf die Ankerplatte 58 überträgt, von der Fläche 62
des Magnetkernes 63 und nicht von den empfindlichen Polflächen 59 des Thermomagneten
60 aufgenommen und abgestoppt wird, Da der Ventilteller 55 sich in »Auf«-Stellung
befindet, kann nun Gas zur Brennstelle einströmen.
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Zeitschalter sorgen dafür, daß der Anker 53 bzw. der Führungszapfen
97 nicht in vorderer Endstellung während der Brenndauer festgehalten werden, sondern
bei einer Störung im Gasbetrieb und Nachlassen des Thermostromes am thermoelektrischen
Magneten 60 ein Zurückführen des Ventiltellers 55 durch die Kraft der Feder
56 möglich ist, wenn die Ankerplatte 58 vom thermoelektrischen Magneten 60 losgelassen
wird. Der Führungszapfen 97 und der Anker 53 werden aber sofort nach Loslassen des
Bimetalles 94 bzw. Entregung des Hilfsmagneten 51 durch die Kraft der Feder 61 in
die Endstellung geführt. Die einzelnen Bewegungsphasen sind bei einer Ausführungsvariante
sehr gut in den F i g. 3 bis 5 ersichtlich, die eine doppelte Bimetallausführung
mit den Bimetallen 94 und 94 a zeigen.
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F i g. 3 zeigt die Ausgangsstellung, F i g. 4 die Wirkstellung zum
öffnen des Sicherheitsventils, bis der thermoeiektrische Magnet 60 soviel Strom
bekommt, daß er die Ankerplatte 58 festhalten kann, F i g. 5 zeigt die Stellung
während des Betriebes. Dabei ist ersichtlich, daß das Bimetall 94, 94 a den Führungszapfen
97 freigegeben hat, und daß entgegen der Wirkung der Feder 56 die Ankerplatte 58
auf den Polflächen des thermoelektrischen Magneten 60 festgehalten wird, wobei die
Feder 61 sich entspannt hat und den Führungszapfen 97 etwas zurückgeschoben hat,
wobei er aber frei verschiebbar im Gehäuse des Sicherheitsschalters 11 liegt, so
daß bei Entspannung der Feder 56 und Zurückführung des Ventiltellers 55 in Schließstellung
ein weiteres Zurückschieben des Führungszapfens 97 ohne weiteres möglich ist.
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Der Führungszapfen 97 kann derart ausgebildet sein, daß der Druck
der Feder 61 verstellbar ist, d. h., daß das vordere Ende einschraubbar ist in das
eigentliche Gehäuse des Führungszapfens 97. Diese Verstellmöglichkeit besteht auch
beim Anker 53.