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Schaltverrichtung für die Heizwiderstände eines elektrischen Heisswasserspeichers.
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für die Heizwiderstände eines elektrischen
Heisswasserspe-l@=@-mit einem ein- oder mehrpoligen Schalter, der im Normalbetrieb
bei Ueber- bzw. Unterschreitung einer Solltemperatur des Heisswassers die Heizwiderstände
automatisch aus- bzw. einschaltet, und mit einem für den Fall eines VArsagens dieses
Schalters vorgesehenen, den Heizstromkreis bei einer höheren Temperatur des Heisswassers
unterbrechenden Sicherheitsschalter.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass die Sicherheit der
bekannten Schaltvorrichtungen dieser Art erheblich erhöht werdnn kann, wenn man
von der bisherigen Gewohnheit abgeht, die Funktion des Sicherheitsschalters von
der Temperatur eines üblicherweise zum Einbau der Heizwiderstände dienenden Blindflansches
abhängig zu machen.
Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung zeichnet
sich demgegenüber dadurch aus, dass zur Betätigung des Sicherheitsschalters Betätigungsorgane
vorgesehen sind, deren Funktion durch die in einem Innenbereich des Heisswasserspeichers
herrschende
gesteuert wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbei.spiale des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es ist: Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine erste Schaltvorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einige Teile der Vorrichtung nach Fig., 1; Fig. 3 ein
Längsschnitt durch eine zweite Schaltvorrichtung; und Fig. 4 eine Untenansicht von
einigen Teilen der Vorrichtung nach Fig. 3.
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Die Schaltvorrichtung nach Fig. 1 und 2 weint ein z.8. aus Messing
bestehendes Ausdehnungsrohr 1 auf, dessen unteres Ende in einer Oeffnung 2 eines
nur teilweise gezeichneten Blindflansches 3 befestigt ist. Am Flansch 3, der eine
im Boden eines Heisswasserspeichers vorgesehene Geffnung verschliesst, sind auch@die
üblichen, elektrische. Widerstände enthaltenden Heizstäbe befestigt, die vom Flansch
aus parallel zum Rohr 1 in das Innere des Heisswasserspeichers ragen und in der
Zeichnung nicht dargestellt sind. Im Inneren des Rohres 1
ist ein
Zugstab angeordnet, der aus zwei miteinander fest verbundenen Teilen 4' und 4" zusammengesetzt
ist. Der obere Teil 4' besteht aus einer Legierung von geringem Ausdehnungskaeffizienten,
z.B. aus'"Invar". Der untere Teil 4" besteht dagegen aus Messing, wie das Rohr 1.
Der Zugstab 4',4" ist an seinem oberen Ende mit einem kleinen Deckel S fest verbunden,
der seinerseits am oberen Rand des Rohres 1 befestigt ist. Wenn die Temperatur im
Speicher zunimmt, dehnt sich das Messingrohr 1 in seinem dem oberen Stabteil 4'
gegenüberliegenden, mit 1' bezeichneten Bereich stärker aus als dieser Stabteil
4', so dass der Stab 4 nach oben bewegt wird: Die Ausdehnung des Messing-Rohres
1 in seinem mit 1" bezeichneten, unteren Bereich hat keinen Einfluss, da der untere
Teil 4'r des Stabes 4 ebenfalls aus Messing besteht. Der obere Bereich l' wird daher
auch als der aktive Bereich des Ausdehnungsrohres 1 bezeichnet.' Der Stab 4 ragt
nach unten zu einer zentralen Geffnung 6 einer Grundplatte 7 heraus, die zu einem
im übrigen nicht dargestellten Gehäuse gehört, das auf der Aussenseite des Flansches
3 befestigt ist. Das untere Ende des Stabes 1 . ist mit einem Gewinde 8 versehen,
auf dem eine Einstellmutter 9 aufgeschraubt ist. Die Mutter 9 dient zur Einstellung
eines federnden Plättchens 10, das an seinem einen Ende 11 gehäusefest eingespannt
ist und an seinem anderen Ende zwei isolierende
Anschlagschrauben
12 und 13 trägt. Ein Loch 14 im Plättchen 10 gestattet den Durchgang des Stabes
4. Das federnde Plättchen 10 drückt leicht auf die Einstellmutter 9 und überträgt
die . Bewegung des Stabes 4 auf die Anschlagschrauben 12 und 13, die mit zwei einander
ähnlichen, elektrisch leitenden Kontaktfedern 15 und 16 zusammenarbeiten, von denen
in Fig. 2 nur die Kontaktfeder 15 dargestellt ist.
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Die Kontaktfedern 15 und 16 sind an einem Montagebock 17 aus elektrisch
leitendem Material, z.H.- Messing montiert, und tragen an ihren freien Enden Kontakte
18 und 19, -denen gehäusefeste Kontakte 20 und 21 gegenüberliegen. Die Kontakte
20 und 21 werden über Leitungen 22 und 23 mit den Heizwiderständen, bzw. dem Netz
verbunden, so dass die beiden Kontaktpaare 18,20 und 19,21 in Serie miteinander
in dem zu schaltenden Stromkreis liegen.
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Die an sich bekannte Kontaktfeder 15 ist als Schnappfeder ausgebildet
und weist zwei zueinander parallele -Längsschenkel 24 auf, die durch einen den Kontakt
18 tragen- -den Querschenkel 25 miteinander verbunden sind, von dem aus sich eine
Zunge 26 zwischen den Länpschenkeln 24 erstreckt.
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Das freie Ende der Zunge 26 ist in einer Kerbe 27 eines abwärts ragenden
Lappens 28 des Montagebockes 17 abgestützt. In einer Kerbe 29 eines anderen Lappens
30 des Montagebockes 17 ist ein Querschenkel 31 abgestützt, der die Längsschenkel
24
an ihrem vom Kontakt 18 abgekehrten Ende verbindet. Die Zunge
26 steht unter Spannung, so dass sie nach oben ausgebogen ist; dadurch wird die
Kontaktfeder 15 an den Lappen 28 und 30 festgehalten, wobei sie die Neigung hat,
sich im Sinne des Pfeiles 32 um die Kerbe 29 als Axe zu verschwenken und also am
Kontakt 20 anzuliegen.
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Wenn der aktive Teil l' des Ausdehnungsrohres 1 eine Temperatur von
beispielsweise ca. 800 C übersteigt, wird der Stab 4 so weit nach oben gezogen,
dass die Anschlagschraube 12 mit ihrem isolierten Ende auf eine Traverse 33 der
Kontaktfeder 15 trifft und dieselbe entgegen ihrer Eigenfederung verschwenkt. Dadurch
wird der Kontakt 18 vom Kontakt 20 abgehoben und der Heizstromkreis unterbrochen.
Ein Isolieranschlag 34, der auf der Grundplatte 7 gegenüber dem Kontakt 20 vorgesehen
ist, verhindert eine leitende Berührung der 6:onta!<tfeder 15 mit dieser Platte
7, bzwo dem Gahgusa.
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Die (Contalttfeder 16 ist ähnlich gebaut wie die Kontäktfeder 15,
die Kerben 27' und 29' der entsprechenden Lappen 28' und 30' des Montagebockes 17,
an denen diese Kontaktfeder 16 abgestützt ist, liegen aber etwas anders als die
Kerben 27 und 29, und zwar die Kerbe 27° etwas weiter unten, und die Kerbe 29° etwas
weiter oben als die Kerben 27, bzw. 29. Durch diese Massnahme (oder durch eine gewisse-
Verbi egung der Kontaktfeder 16 selbst) wird in bekannter Weise erreicht, dass
die
Kontaktfeder 16 bei Bewegung vom festen Kontakt 21 auf einen an der Grundplatte
vorgesehenen Isolieranschlag 35 hin eine Totpunktlage passiert in der sich die Federungsrichtung
umkehrt, so dass die Kontaktfeder 16 plötzlich auf den Anschlag 35 kippt. Wenn die
Kontaktfeder 16 am Anschlag 35 anliegt, so hat sie nun natürlich nicht die Neigung,
auf den Kon-
takt 21 zurückzukehren, sondern sie bleibt auf dem Anschlag 35
liegen, d.h. dass der Heizstromkreis zwischen den Kontakten 19 und 21 unterbrochen
bleibt.
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Um die Kontaktfeder 16 in ihre Schliesslage zurückzubringen, ist in
einer gehäuseFesten Führung 36 eine Drucktaste 37 gegen die Kraft einer Feder 38
verschiebbar. Wenn die.Taste 37 gedrückt wird, trifft sie auf das eine Ende eines
Hebels 39, der bei 40 gelagert ist und dessen anderes Ende dann auf einen Fortsatz
41 der Kontaktfeder 16 trifft. Dadurch wird dann diese KontaktFeder 16 auf den Kontakt
21 zurück gelegt.
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Die Anschlagschraube 13 ist am federnden Plättchen 10 so eingestellt,
dass sie erst dann auf-die Feder 16 trifft, wenn die Temperatur im aktiven Beruh
1' des Ausdehnungsrohres 1 auf einen höchsten .zulässigen Wert, z.B. 120o C gestiegen
ist.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltvorrichtung ergibt sich ohne
weiteres aus den vorstehenden Er-
Läuterungen: .
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Wenn die Temperatur im Heisswasserspeicher ca.- 800 übersteigt, wird
durch den mittels der@Anschlagschraube 12 betätigten Schalter 15,18,20 der Heizstromkreis
unterbrachen; wenn die Temperatur unter diesen Wert sinkt, schliesst sich dieser
Schalter wieder automatisch. Wenn 'der Schalter 15, 18,20 infolge eines Defektes
versagen sollte, so wird bei ca. 1200 C der sicherheitshalber vorgesehene Schalter
16,19, 21 geöffnet und bleibt offen, bis er von@Hand wiWer geschlossen wird. Selbstverständlich
wird man den Sicherheitsschalter 16, 19,21 erst dann wieder schliessen, wenn
der Defekt des automatischen Ein- und Ausschalters 15,18,20 behoben ist. Wichtig
ist hierbei, dass für die Ausschaltung des Sicherheitsschalters nicht die Temperatur
des Flansches 3 massgebend ist, wie bei bekannten Schaltvorrichtungen, sondern die
Temperatur im aktiven Bereiche 1' des Ausdehnungsrohres 1. Diese Temperatur kann
nämlich unter Umständen erheblich höher sein, als diejenige des Flansches 3, z.H.
wenn infolge eines leckenden Wasserhahnes ständig etwas Kaltwasser beim Flansch
einläuft, während weiter oben im Speicher das Wasser weiter aufgeheizt wird.
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In konstruktiver Hinsicht kann die Schaltvorrichtung nach Fig. 1 und.2
selbstverständlich erheblich geändert werden. Insbesondere sind bei dem dargestellten
Beispiel die Kontaktfedern 15 und 16 nur der bequemeren Darstellung
halber
in Klucht miteinander gezeichnet, während es konstruktiv vorteilhafter ist, sie
parallel nebeneinander an zwei einz'el-. nen, aber elektrisch leitend miteinander
verbundenen Lagerböcken zu montieren.
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# Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 sind wiederum das Ausdehnungsrohr
1 und der Zugstab 4 mit ihren aktiven, bzw. inaktiven Bereichen oder Teilen 1',1",4'
und 4" vorgesbhen. Der Deckel 5 ist aber jetzt mit dem Zug-Stab 4 durch eine Lötmasse
42 verbunden, die bei der höchstzulässigen Temperatur von ca. 120o schmilzt. Dabei
ist in der Lötmasse 42 auch das obere Ende eines dünnen Zugbandes 43 eingebettet,
das unten* zum Rohr 1 hinaus und über eine Ablenkführung 44 geführt ist,
die in einem Gehäuse vorgesehen ist, von dem wiederum nur die auf dem Flansch 3
befestigte Grundplatte 7 dargestellt ist. Das-untere Ende des Zugbandes 43 ist an
einer Zugfeder 45 befestigt, die andererseits an einem aus Isoliermaterial bestehenden
Querstab 46 befestigt ist.
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Die Schaltvorrichtung nach Fig. 3 und 4 ist für Drehstrom bestimmt
und weist gemäss Fig. 4 drei Netzanschlussklemmen 47,48 und 49, sowie drei Anschlussklemmen.50,51
und 52 für die Heizwiderstände auf. Die Klemmen 50 und 52 sind je,mit einem Kontakt
20 verbunden, der je mit einer'Kontaktfeder 15 zusammenarbeitet, die auf die anhand
von Fig. l und 2 beschriebene Weise an einem Montagebock 53 abgestützt,-ist. Der
Kontakt
18 der Kontaktfeder 15 liegt wieder zwischen dem festen Kontakt 20 und dem Isolieranschlag
34. Das bei 1l fest eingespannte,federnde Plättchen 10 trägt an seinem freien Ende
zwei gleich eingestellte, isolierende Anschlagschrauben 12, d--;.- mit den Kontaktfedern
15 zusammenarbeiten. Das Plättchen 10-liegt wiederum
der Einstellmutter 9 an.
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Die Klemmen 47-49 sind mit drei abgewinkelten Blattfedern 54,55 und
56 verbunden, die je eine Ausbuchtung 57 aufweisen, wobei diese Ausbuchtungen 57
zur Aufnahme des Querstabes 46 dienen. Die freien Enden der äusseren Blattfedern
`' und 56 liegen nermalerweise unter dem Einfluss der Feder 45 an einem freien Ende
eines langen Lappens 58 eines-Montagebockes 53 an. Das freie Ende der mittleren
Blattfeder 55 liegt in gleicher Weise a"n einem dem Lappen 58 ähnlichen Kontakt-.stück
59 an, das jedoch unmittelbar mit der mittleren Heizanschlussklamme 51 verbunden
ist. Es wäre natürlich ohnƒ weiteren möglich, zwischen den Klemmen 48 und
51 auch eine Kontaktfeder-15 vorzusehen, doch genügt es beim Normalbetrieb vollständig,
zwei Phasen des Drehstromes zu unterbrechen, wenn die Temperatur im Speicher ihren
Sollwert von ca. 80o C übersteigt. Die Kontaktfedern, 15 sind wiederum so eingestellt,-dass
ihre Kontakte 18 automatisch auf die entsprechenden Kontakte 20 zurück kommen, -wenn
die Temperatur wieder unter 800 C sinkt.
Wenn infolge eines Defektes
der zweipolige, automatische Schalter 15,18,20 nicht bei 800 ausschalten sollte,
so dass die Temperatur_im aktiven Ausdahnungsrohrbereich 1' ca. 120oerrcicht, so
schmilzt die Lötmasse 42. Infolgedessen kann das Zugband 43 die Feder 45 nicht mehr
gespannt halten. Die nicht mehr vom Querstab 46 festgehaltenen Blattfedern 54, 55
und 56 heben sich dann infolge ihrer Eigenfederung von den beiden Schenkeln 58,
bzw. dem Kontaktstück 59 ab, so dass der Stromkreis der Heizwiderstände dreipolig
unterbrochen wird, wie dies in Fig. 3 bei 46',54',55',56' strichpunktiert angedeutet
ist.
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Die Schaltvorrichtung nach Fig. 3 und 4 hat gegenüber derjenigen nach
Fig. 1 und 2 den Vorteil, dass die Funktion der Betätigungsorgane 42,43,45 des Sicherheitsschalters
46,54-59 von der Funktion der Betätigungsorgane 1,4,10,12 des zva"2ipc'@gen automatischen
Schaltors l5,1ƒ,20 vollkommen unabhängig ist.