DE19738677A1 - Leistungssteuergerät - Google Patents

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft ein Leistungssteuergerät mit einer thermisch über elektrische Steuerbeheizung betätigten Auslö­ sevorrichtung für einen darin enthaltenen Geräteschalter, insbesondere für Elektro-Wärmegeräte, der durch die Auslöse­ vorrichtung schaltbar ist. Derartige Leistungssteuergeräte werden beispielsweise als taktende Leistungssteuergeräte in Elektroherden verwendet.

Dabei dienen sie im Regelfall dazu, Netzspannung an einen Heizkörper eines Elektroherdes anzulegen, so daß dieser Heizleistung erzeugt. Die von dem Heizkörper erzeugte Heiz­ leistung wird durch Takten des Leistungssteuergerätes er­ reicht, indem dieses, abhängig von der Höhe eines eingestell­ ten Leistungsniveaus, in bestimmten Zeitabständen ein- bzw. ausschaltet. Des weiteren sind in üblichen Elektroherden Topferkennungssensoren vorhanden, die den Heizkörper einer aktiven Kochstelle abschalten, von der ein aufgesetzter Topf entfernt wurde. Dadurch wird ein Unfallrisiko durch nicht abgedeckte heiße Kochstellen weitgehend vermieden und Energie gespart. Für dieses Abschalten des Heizkörpers wird jedoch ein elektromagnetisches Relais gebraucht, das von einer mit den Topfsensoren verbundenen Steuerung angesteuert die Netzspannung von dem Heizkörper abschaltet. Diese Lösung ist jedoch nachteilig, da pro Heizkörper wenigstens ein Relais benötigt wird. Des weiteren ist eine eigene Spannungsversor­ gung für die Relais notwendig, was den Aufwand weiter erhöht. Werden die Kochstellen mit sogenannten Zweikreis-Heizkörpern ausgestattet, steigert sich der Aufwand für die Relais noch weiter. Da die zusätzliche Spannungsversorgung in der Lage sein muß, notfalls alle Relais gleichzeitig zu schalten, steigt mit der Anzahl der Relais auch der Aufwand für die Spannungsversorgung.

Ein weiterer Fall, in dem ein Abschalten des Heizkörpers gewünscht ist, ist eine leistungsabhängige Maximalbetriebs­ dauer. Das bedeutet, daß abhängig von der Höhe der am Leistungssteuergerät eingestellten Leistung die Kochstelle nach einer gewissen Maximalbetriebsdauer abgeschaltet wird, so daß bei einer längeren Abwesenheit eines Benutzers oder einem unbeabsichtigten Betrieb der Kochstelle weder der Topf samt Inhalt noch der Elektroherd durch Überhitzung beschädigt werden können. Auch im Zuge heutzutage üblicher Energiespar­ maßnahmen ist dies sinnvoll.

AUFGABE UND LÖSUNG

-Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kosten­ günstige, zuverlässige und einfache Lösung zum Schalten eines Elektro-Wärmegerätes oder dgl. bereitzustellen, die effektiv und vielfältig in der Anwendung ist.

Diese Aufgabe wird durch Steuermittel zur Änderung der Steuerbeheizung durch externe Beeinflussung gelöst. Da die Steuerbeheizung zur Betätigung der Auslösevorrichtung des Geräteschalters dient, erhält man eine Art Thermorelais. Es wird eine gegenüber den üblichen Leistungssteuergeräten neue Funktion zum beliebigen Beeinflussen des Schaltens ge­ schaffen.

Die Steuermittel können unter anderem eine Steuerung, insbe­ sondere eine Niedrigstrom-Elektronik, sowie weitere Bauele­ mente enthalten. In den Steuermitteln bzw. der Steuerung werden die Bedingungen für eine Änderung der Steuerbeheizung überprüft. Sie können an Sensoren oder Erkennungsmittel zum Erkennen verschiedener Betriebszustände des von dem Lei­ stungssteuergerät mit elektrischer Energie versorgten Gerätes oder anderer äußerer Zustände angeschlossen sein.

Für eine Topferkennungsfunktion können die Steuermittel an Topferkennungsmittel angeschlossen sein, die einem von dem Leistungssteuergerät mit elektrischer Leistung versorgtem Heizkörper zugeordnet sind zur Erkennung eines aufgesetzten Topfes, insbesondere einer für diesen Heizkörper vorgesehenen Topfgröße. Die Topferkennungsmittel können dabei als ein- oder mehrwindige Topferkennungsspule ausgeführt sein, die derart gestaltet ist, daß eine Topfgrößenerkennung möglich ist. Dies ist vor allem bei sogenannten Zweikreis-Heizungen, die den Betrieb eines kleinen oder eines großen Topfes auf einer Kochstelle ermöglichen, von Vorteil. Bevorzugt sind die Topferkennungsmittel direkt mit der Steuerung verbunden. Der Heizkörper kann dabei von beliebiger Art sein, er muß sich nur für eine Ansteuerung mit einem Leistungssteuergerät entsprechend dem Stand der Technik oder der Erfindung an­ steuern lassen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Steuermittel zum Erkennen der Höhe eines Leistungsniveaus der dem Heizkörper von dem Leistungssteuergerät zugeführten Leistung ausgebildet sind. Dies kann vorteilhaft durch zeitliche Auswertung der angeleg­ ten Spannungssignale und/oder der Taktrate erfolgen. Das ist vor allem bei einem taktenden Leistungssteuergerät von Vorteil, das eine relative Einschaltdauer ED aufweist, die sich aus dem Verhältnis der Zeitdauer im eingeschalteten Zustand zur gesamten Periodendauer ergibt. Der Anschluß hierfür kann direkt an denjenigen Anschluß des Heizkörpers geführt werden, der mit dem Geräteschalter verbunden ist. Aus dem daraus resultierenden Spannungssignal kann auf einfache Weise der Betriebszustand des Heizkörpers und über die zeitliche Auswertung die Höhe des Leistungsniveaus ermittelt werden.

Bevorzugt ist die externe Beeinflussung abhängig von der Erkennung eines aufgesetzten Topfes, dessen Größe und/oder der Höhe des Leistungsniveaus der dem Heizkörper zugeführten Leistung. Somit kann das Leistungssteuergerät nach Art eines Thermorelais abhängig von den o.g. Faktoren beeinflußt werden. Insbesondere kann es beim Entfernen des Topfes ausschaltbar sein, bei nicht ausreichend überdeckendem Topf oder beim Aufsetzen eines zu kleinen Topfes auf eine Koch­ stelle mit Zweikreis-Heizung, wobei der Topf die hierfür vorgesehene Mindestgröße unterschreitet.

In vorteilhafter Ausgestaltung enthalten die Steuermittel Schaltmittel, die in der Regel als Halbleiterschalter o. dgl. ausgeführt sind. Diese können über geringe Ansteuerspannungen und -ströme angesteuert werden.

Die externe Beeinflussung zur Änderung der Steuerbeheizung ist bevorzugt abhängig von der Höhe der dem Heizkörper zugeführten Leistung und davon, ob ein Topf mit vorgesehener Größe in der vorgesehenen Position auf der Kochstelle steht.

Die Steuerbeheizung kann zur Änderung durch die Steuerung bzw. die Schaltmittel der Steuerung über Kontaktmittel, bevorzugt in Form von Kontaktfedern, kontaktiert werden. So wird ein sicherer Kontakt hergestellt, der fertigungsseitig jedoch einfach und mit geringen Anforderungen an die Genauig­ keit hergestellt werben kann.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ändern die Steuermittel die Steuerbeheizung durch Erhöhung der ihr zugeführten elektrischen Leistung bzw. Heizleistung. Ein Erhöhen kann dabei über die Schaltmittel erfolgen. Auf diese Weise kann ein Schalten des Geräteschalters des Leistungs­ steuergerätes gezielt und schnell herbeigeführt werden. Durch ein Erhöhen der beaufschlagten Heizleistung werden im Ver­ gleich zu einem Leistungssteuergerät nach dem Stand der Technik keine wesentlichen Änderungen oder Zusätze am mecha­ nischen Aufbau nötig. Das senkt die Kosten bei begrenztem technischem Aufwand.

Es wird als günstig angesehen, wenn die Auslösevorrichtung wenigstens ein Bimetallelement und als Steuerbeheizung wenigstens eine Heizeinrichtung aufweist. Dabei erwärmt die Steuerbeheizung nach Beaufschlagung mit elektrischer Leistung das Bimetallelement, welches sich zum Schalten des Geräte­ schalters verformt. Die Steuerbeheizung kann auf der Seite des Bimetallelementes angeordnet sein, die den größeren Aus­ dehnungskoeffizienten aufweist. Ebenso ist es möglich, die Steuerbeheizung das Bimetallelement zumindest teilweise umgebend auszuführen. Im normalen Betrieb kann sie parallel zu dem von dem Leistungssteuergerät geschalteten Heizkörper an der Versorgungsspannung liegen, wobei ein Schalttakt bevorzugt abhängig von der Stellung des Geräteschalters ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Auslösevorrichtung eine zusätzliche Heizeinrichtung auf, die einen Teil der Steuerbeheizung bildet. Sie wirkt mit elek­ trischer, insbesondere von den Steuermitteln zugeführter, Leistung beaufschlagt zusätzlich zu der regulären Heizein­ richtung auf das Bimetall ein und trägt zu dessen Verformung bei. Auf diese Weise ist es möglich, eine Erhöhung der Steuerbeheizung durch die zusätzliche Heizeinrichtung zu erzielen und eine demzufolge von den Steuermitteln gesteuerte Abschaltung des Heizkörpers zu bewirken.

Nach einer anderen Möglichkeit zur Ausgestaltung der Erfin­ dung weist die Auslösevorrichtung einen einzigen Heizwider­ stand auf. Die Steuermittel könne dabei den Widerstandswert durch Zusatzkontaktierung bzw. teilweises Überbrücken mittels der Kontakt- und der Schaltmittel ändern, wobei der Heiz­ widerstand durch diese Änderung eine erhöhte Heizleistung erzeugt, insbesondere durch erhöhten Stromfluß bei einer konstanten angelegten Spannung.

Die Heizeinrichtung kann ein flächiger, insbesondere langge­ streckter, Heizwiderstand sein, insbesondere ein Dickschicht­ widerstand auf einem Keramikträger, der zumindest teilweise durch die Kontaktmittel, z. B. angedrückte Kontaktfedern, kontaktiert ist. Dadurch wird es möglich, beispielsweise einen Teil bzw. Abschnitt des Heizwiderstandes kurzzu­ schließen um einen höheren Stromfluß zu erzielen, der eine Erhöhung der Wärmeentwicklung und damit der Heizleistung zur Folge hat. Das Kurzschließen kann auf einfache Weise durch eine zusätzliche Kontaktfeder oder dgl. direkt auf den flächigen Widerstand oder ein mit einem Punkt oder Abschnitt in der Fläche des Heizwiderstandes verbundenes Kontaktfeld erfolgen.

Ebenso kann ein zusätzlicher Widerstand auf dem Keramik­ träger, beispielsweise mit einer Isolation versehen, auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, einen zusätzlichen Keramikträger mit einem darauf aufgebrachten Dickschichtwiderstand vorzusehen. Wenn der Heizwiderstand von einem um einen Träger gewickelten Heiz­ draht oder dgl. gebildet wird, kann auf ähnliche Weise wie oben ein Abgriff durch eine zusätzliche Kontaktfeder oder dgl. an einem beliebigen Punkt erfolgen, etwa nach Art eines Schiebewiderstands.

Bevorzugt sind in dem Leistungssteuergerät mechanische Verriegelungsmittel vorgesehen, die durch Betätigung durch die Auslösevorrichtung den Geräteschalter, insbesondere den Schaltkontakt, selbsttätig und unabhängig von der Auslösevor­ richtung in einer Schaltstellung halten und/oder arretieren. Dadurch wird ein Abschalten der Heizeinrichtung nach erfolg­ ter Arretierung möglich, wodurch sowohl der Energieverbrauch als auch die Abnutzung gesenkt werden können. Die bevorzugte Schaltstellung ist dabei ein offener Geräteschalter.

Die Verriegelungsmittel können durch Betätigen, insbesondere durch Zurückdrehen, eines Betätigungsgliedes deaktiviert werden und den Geräteschalter, insbesondere den Schaltkont­ akt, für ein erneutes Schalten freigeben. Das Betätigungs­ glied kann ein üblicherweise verwendeter Drehknebel für Leistungssteuergeräte sein, der auf derselben Achse wie eine Verstelleinrichtung für das Leistungsniveau sitzt. Ein durch eventuelle Störungen in den Steuermitteln hervorgerufenes Wiedereinschalten durch die Elektronik wird dadurch unmöglich gemacht. Nachdem einmal die Verriegelungsmittel aktiviert wurden, können sie nur durch den Benutzer wieder deaktiviert werden, und zwar manuell. Auf diese Weise wird eine automa­ tische Kontrolle des Elektroherdes durch den Benutzer nach einem Abschalten aufgrund eines unzulässigen Betriebszustan­ des erreicht.

Bevorzugt weisen die Steuermittel ein Zeitverzögerglied auf, das insbesondere von der Höhe des Leistungsniveaus der an dem Heizkörper anliegenden Leistung abhängig ist. So ist es möglich, beispielsweise nach dem Erkennen eines Fehlen eines Topfes auf einer Kochstelle das Abschalten erst nach einigen Sekunden durchzuführen. Das ist besonders dann von Vorteil, wenn ein Topf nur kurzzeitig verschoben oder entfernt wurde, beispielsweise zum Nachwürzen der darin befindlichen Speise. Der Benutzer kann den Topf wiederaufstellen, bevor eine Abschaltung erfolgt ist.

Die Zeitverzögerung kann für eine Maximalbetriebsdauer­ begrenzung abhängig von der Höhe des Leistungsniveaus sein, so daß bei einem Dauerbetrieb der Kochstelle selbst mit aufgestelltem Topf je nach eingestellter Leistung nach einem Zeitraum von ca. einer bis zwölf Stunden abgeschaltet wird. Dabei kann man davon ausgehen, daß eine mit hoher Leistung betriebene Kochstelle im Normalfall nicht länger als eine Stunde betrieben werden soll. Vorgänge wie Einkochen von Marmelade oder dgl. dagegen erfolgen bei einer wesentlich niedrigeren Leistung, benötigen dafür wesentlich länger. Hier soll ein automatisches Abschalten erst später erfolgen, um den von einem Benutzer durchaus gewünschten Betriebszustand nicht störend zu unterbrechen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können an die Steuerung mehrere, insbesondere vier, Leistungssteuerge­ räte für jeweils eine Heizung einer Kochstelle eines Elektro­ herdes angeschlossen werden, wobei die Schalt- und die Kontaktmittel sowie eine optionale Topferkennung für jedes Leistungssteuergerät vorhanden sind. Auf diese Weise wird der Aufwand für einen mit den erfindungsgemäßen Leistungssteuer­ geräten ausgestatteten Elektroherd auf ein Minimum be­ schränkt.

Des weiteren ist es möglich, ein zeitweiliges oder dauerndes Abschalten einer Kochstelle einem Benutzer durch ein Signal anzuzeigen. Dies kann entweder optisch oder akustisch erfol­ gen, wobei diese entweder der jeweils betroffenen Kochstelle oder der gesamten Kochmulde zugeordnet sein können.

Zur Verbesserung der Einstellgenauigkeit im unteren und oberen Leistungsbereich und zur Senkung einer Knackrate im mittleren Leistungsbereich kann der Geräteschalter einen variablen Kontaktabstand zwischen Schalt- und Gegenkontakt aufweisen.

Bevorzugt weist der Geräteschalter zur Optimierung der Schaltvorgänge ein den Schaltkontakt tragendes Schnappele­ ment, insbesondere eine Schnappfeder mit einer Schlaggabel, auf. Dadurch können die Schaltvorgänge des Schnappelements in beide Richtungen besonders schnell durchgeführt werden und störender Kontaktabbrand bzw. ein Verkleben der Kontakte und Funkstörungen werden vermieden bzw. verringert.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähi­ ge Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen jeweils gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemein­ gültigkeit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Innenansicht eines erfindungsgemäßen Leistungssteuergeräts mit einer Heizeinrich­ tung für eine Auslösevorrichtung eines Geräte­ schalters;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Heizeinrichtung, die aus einem Träger mit zwei darauf befindlichen und durch Kontaktfedern kontaktierten Heizwi­ derständen besteht;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Heizeinrichtung mit einem darauf aufgebrachten länglichen Heizwi­ derstand, der sowohl an beiden Enden als auch etwa in seiner Mitte kontaktiert ist;

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild zur Ansteuerung eines Heizkörpers mit einem erfindungsgemäßen Leistungssteuergerät, Steuermitteln und Topferkennungsmitteln, wobei die Steuerbehei­ zung durch eine Heizeinrichtung gemäß der Fig. 2 gebildet wird und

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild entsprechend dem aus der Fig. 4, bei dem allerdings die Steuerbeheizung durch eine Heizeinrichtung entsprechend der Fig. 3 gebildet wird.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

In der Fig. 1 ist eine Innenansicht eines taktenden Leistungssteuergerätes 11 für Elektro-Wärmegeräte darge­ stellt. Es weist einen Geräteschalter 12 auf, der einen zu schließenden Kontakt bildet. Dieser Kontakt besteht aus einem feststehenden Gegenkontakt 14 und einem Schaltkontakt 15, der an dem Geräteschalter 12 befestigt ist. Der Schaltkontakt 15 ist ein üblicherweise verwendeter kalottenförmiger Kontakt­ kopf, der durch Nietung befestigt ist.

Der Schaltkontakt 15 ist an einem Ende einer länglichen bistabilen Schnappfeder 16 befestigt und ragt an beiden Seiten über diese über. Die Schnappfeder 16 weist zwei längliche haarnadelförmige Schenkel 22 auf, die an ihrem dem Schaltkontakt 15 gegenüberliegenden Ende 17 zusammengeführt auf einem Träger 18 befestigt sind. Zwischen den Schenkeln 22 der Schnappfeder 16 verläuft ein Schnappbügel 19, der nahe an dem den Schaltkontakt 15 tragenden Ende der Schnappfeder nach oben abgebogen in Richtung des freien Endes 17 verläuft, und dort bogenförmig nach oben gekrümmt unter Vorspannung stehend gegen ein Widerlager 20 angelegt ist. Dieses Widerlager ist an einer Tragplatte 21 befestigt und wird bevorzugt von einem Teil des ebenfalls auf der Tragplatte 21 befestigten Trägers 18 gebildet. Die Funktion des Geräteschalters 12 sieht im Prinzip folgendermaßen aus:
Befindet sich der Punkt, an dem der Schnappbügel 19 an dem Widerlager 20 anliegt, oberhalb der Ebene der beiden haarna­ delförmigen Schenkel 22 der Schnappfeder 16, so befindet sich die Schnappfeder in einer ersten Stellung. Dabei wird der Schaltkontakt 15 gegen den Gegenkontakt 14 gedrückt. Wird nun auf das freie Ende 17 der Schnappfeder 16 Druck ausgeübt und dieses entsprechend der Fig. 1 nach unten ausgelenkt, nähert sich der Umschaltpunkt der Anlage des Schnappbügels 19 im Widerlager 20 der Ebene der Schenkel 22. Werden nun die beweglichen Schenkel 22 der Schnappfeder 16 unter den durch die feste Position der Tragplatte 21 feststehenden Umschalt­ punkt gedrückt, so schnappt die Schnappfeder um und der Geräteschalter schaltet. Das bedeutet, daß das den Schalt­ kontakt 15 tragende Ende der Schnappfeder 16 durch den Schnappbügel 19 schlagartig nach unten weggebogen wird. Auf diese Weise liegt der Schaltkontakt 15 nicht mehr an dem Gegenkontakt 14 an, und der Kontakt bzw. der Geräteschalter 12 ist in einer zweiten Stellung geöffnet.

Ausgelöst wird der Schaltvorgang des Geräteschalters 12 von einem Betätigungselement in Form eines nach unten gebogenen Bimetallelements 24. Es liegt mit einer von dem Geräte­ schalter abgewandten Oberseite, die im wesentlichen gerad­ linig verläuft, an einer Heizeinrichtung 25 oder dgl. an. Mit dem freien Ende, das hakenförmig abgebogen ist, liegt das Bimetallelement 24 am freien Ende 17 der Schnappfeder 16 an. Das Bimetallelement 24 und die Heizeinrichtung 25 bilden in diesem Fall im wesentlichen die Auslösevorrichtung für den Geräteschalter 12.

Dabei ist die Kombination der beiden Metalle, die den Bime­ talleffekt bewirken, so gewählt, daß das Metall mit dem größeren Ausdehnungskoeffizienten auf der an der Heizeinrich­ tung 25 anliegenden Seite des Bimetallelementes 24 liegt. Die Heizeinrichtung 25 ist zusammen mit dem Bimetallelement 24 in einer Halterung 26 gehaltert, die am Gehäuse des Leistungs­ steuergerätes 11 federnd befestigt ist. Die Halterung 26 bildet dabei gleichzeitig einen Teil der Kontaktierung für die Heizeinrichtung 25. Für die weitere Kontaktierung sind eine Hauptkontaktfeder 28 und eine Zusatzkontaktfeder 29 vorgesehen, die jeweils mit ihrem einen Ende die Heizeinrich­ tung 25 kontaktieren, und vorzugsweise über ihr anderes Ende an eine Leistungsversorgung angeschlossen sind. Die Kontakt­ federn 28 und 29 sind dabei an einem zylindrischen Hauptvor­ sprung 31 bzw. einem zylindrischen Zusatzvorsprung 32 gela­ gert und/oder gehaltert.

Die Heizeinrichtung 25 wird nur bei geschlossenem Kontakt zwischen dem Schaltkontakt 15 und dem Gegenkontakt 14 von Strom durchflossen, ebenso das parallel dazu geschaltete Elektrowärmegerät, siehe Fig. 4 und 5. Dabei erwärmt die Heizeinrichtung 25 das Bimetallelement 24, das seine Form verändert und durch eine zunehmende Krümmung in Richtung der Schnappfeder 16 auf deren freies Ende 17 drückt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, gegeben durch einen Anstieg der Wärmeentwicklung in der Heizeinrichtung 25 und/oder der Formänderung des Bimetallelementes 24, ist das freie Ende 17 der Schnappfeder 16 so weit nach unten gedrückt, daß sich der Schenkel 22 unterhalb des Umschaltpunktes befindet, worauf die Schnappfeder umschnappt und den Schaltkontakt 15 von dem Gegenkontakt 14 löst. Dabei wird gleichzeitig die Stromzufüh­ rung zu der Heizeinrichtung 25 und dem Elektrowärmegerät unterbrochen, und durch die beginnende Abkühlung wandert das Bimetallelement 24 wieder in Richtung seiner Ausgangsstellung zurück. Beim Überschreiten des Umschaltpunktes während des Zurückwanderns schnappt die Schnappfeder 16 wieder zurück, der Schaltkontakt 15 liegt wieder an dem Gegenkontakt 14 an und der Erwärmungsvorgang beginnt von neuem.

Zur Änderung der von einem Bediener gewünschten einstellbaren Leistung muß die Leistungszufuhr für das Elektro-Wärmegerät getaktet werden, da an dem Elektro-Wärmegerät im allgemeinen Netzspannung anliegt und die Leistung nicht direkt verändert werden kann. Das bedeutet, daß während eines bestimmten Zeitintervalls die geschaltete Spannung an dem Elektro- Wärmegerät anliegt, und während eines bestimmten, davon unabhängigen Zeitintervalls, keine Spannung anliegt. Die Summe dieser beiden Zeiten ergibt eine Periodendauer. Die Zeiten hängen dabei jeweils von dem Weg ab, den das freie Ende 17 zurücklegen muß, bis die Schnappfeder 16 umschnappt und der Geräteschalter 12 schaltet.

Auf bekannte Weise wird eine Änderung dieser Weglänge dadurch erreicht, daß die Tragplatte 21, die die Schnappfeder 16 trägt, gegen den Außenradius einer Kurvenscheibe 34, die auf einer Achse 35 sitzt, elastisch angedrückt wird. Auf dieser Achse 35 befindet sich an deren vorderen Ende und in in einem Elektroherd eingebauten Zustand ein nicht dargestellter Drehknebel, der ein Betätigungsglied für das Leistungssteuer­ gerät 11 bildet.

Durch Drehen der Achse 35 liegt je nach dabei eingestellter Position die Tragplatte 21 an einer anderen Stelle an dem Außenumfang der Kurvenscheibe 34 an, und abhängig vom Radius der Scheibe an dieser Stelle befindet sich die Tragplatte und somit die Schnappfeder 16 in einer bestimmten Position zu dem Bimetallelement 24. Für ein niedriges Leistungsniveau ist der Radius groß, wodurch sich der Geräteschalter 12 nahe der Auslösevorrichtung befindet. Das Bimetallelement 24 muß nur einen kurzen Weg zurücklegen, um den Geräteschalter zu schalten. Ist dagegen ein hohes Leistungsniveau eingestellt, ist der Radius klein und der Geräteschalter weist einen größeren Abstand von der Auslösevorrichtung auf. Somit muß das Bimetallelement 24 einen größeren Weg (entspricht größe­ rer Zeitdauer) zurücklegen, um den Geräteschalter 12 zu schalten. Die Einstellung in der Fig. 1 entspricht einem mittleren Leistungsniveau.

In der Draufsicht auf die Heizeinrichtung 25 in Fig. 2 ist deren Aufbau und Anschluß deutlich zu sehen. Auf einem Keramikträger 37 ist auf der linken Seite ein Anschlußkon­ taktfeld 38 aufgebracht, auf der rechten Seite in der unteren Hälfte ein Hauptkontaktfeld 39 und in der oberen Hälfte ein Zusatzkontaktfeld 40. Ausgehend von dem Anschlußkontaktfeld 38 verlaufen zwei langgestreckte Dickschichtwiderstände als Heizwiderstände zu den Kontaktfeldern 39 und 40 auf der rechten Seite. Diese sind ein zu dem Hauptkontaktfeld 39 laufender Hauptheizwiderstand 41 und ein zu dem Zusatzkon­ taktfeld 40 laufender Zusatzheizwiderstand 42. Die Kontakt­ felder 38, 39 und 40 bestehen aus einer üblicherweise in der Dickschichttechnik für Kontaktfelder verwendete Metallegie­ rung, während die Dickschichtwiderstände 41 und 42 aus speziell für diesen Einsatzzweck abgestimmten und durchaus unterschiedlichen Widerstandslegierungen bestehen können. Da die Dickschichtwiderstände nach den Kontaktfeldern auf den Keramikträger 37 aufgebracht werden, ist eine sehr gute Kontaktierung über die Kontaktfelder an sie möglich.

Mit seinem linken Ende ist der Keramikträger 37 in der Halterung 26 auf nicht näher beschriebene Weise gehaltert. Dabei wird durch eine nach unten reichende Kontaktzunge 44 das Anschlußkontaktfeld 38 über die Halterung 26 kontaktiert. Die weitere Kontaktierung erfolgt zum einen durch die Haupt­ kontaktfeder 28, die an dem Hauptvorsprung 31 gelagert ist und an das Hauptkontaktfeld 39 elastisch angedrückt anliegt. Sie ist auf nicht dargestellte Weise mit einer Anschlußmög­ lichkeit verbunden. Ebenso kontaktiert die Zusatzkontaktfeder 29 den Zusatzheizwiderstand 42 über das Zusatzkontaktfeld 40. Dabei ist sie auf dem Zusatzvorsprung 32 gelagert und auf ebenfalls nicht dargestellte Weise mit einer Anschlußmöglich­ keit verbunden. Die Anschlußmöglichkeiten können entweder über die freien Enden der Federn erfolgen. Ebenso ist es aber auch möglich, die Vorsprünge 31 und 32 leitfähig auszu­ führen, und über sie eine Kontaktierung durchzuführen. Sie können beispielsweise als Metallteile ausgebildet sein, die an ihrem anderen Ende in Anschlußfahnen oder -stecker über­ gehen und durch entsprechende Ausnehmungen in das Gehäuse des Leistungssteuergerätes 11 eingedrückt werden.

In der Fig. 3 ist eine Heizeinrichtung 25 dargestellt, die anstelle der aus Fig. 2 in einem Leistungssteuergerät verwen­ det werden kann. Der Keramikträger 37 weist ebenfalls auf der linken Seite das Anschlußkontaktfeld 38 und auf der rechten unteren Seite das Hauptkontaktfeld 39 auf. Von dem Anschluß­ kontaktfeld 38 verläuft ein Dickschichtwiderstand 45 zu dem Hauptkontaktfeld 39. Etwa in seiner Mitte läuft er über eine Kontaktbrücke 46, die zu einem oberhalb des Hauptkontaktfel­ des 39 aufgebrachten Zusatzkontaktfeld 40 übergeht. Über dieses Zusatzkontaktfeld 40 kann somit der Dickschichtwider­ stand 45 an der Stelle der Kontaktbrücke 46 kontaktiert werden. Somit teilt ihn die Kontaktbrücke 46 in zwei Hälften, nämlich in einen Hauptteilwiderstand 48 im linken Abschnitt und einen Nebenteilwiderstand 49 im rechten Abschnitt. Bei einer Kontaktierung durch das Anschlußkontaktfeld 38 und die Hauptkontaktfeder 28 sind der Hauptteilwiderstand 48 und der Nebenteilwiderstand 49 in Reihe geschaltet. Bei einer Kontak­ tierung an das Anschlußkontaktfeld 38 und die Zusatzkontakt­ feder 29 dagegen hat man lediglich den Hauptteilwiderstand 48.

Ebenso wie in der Fig. 2 ist der Keramikträger 37 mit seinem linken Ende in der Halterung 26 gehaltert, wobei wieder die Kontaktzunge 44 das Anschlußkontaktfeld 38 kontaktiert.

Die Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Anschluß eines Heizkörpers 51 eines Elektrowärmegerätes über ein erfindungsgemäßes Leistungssteuergerät 11 an zwei Spannungsanschlüsse P1 und P2, die vorzugsweise Netzspannung aufweisen. Dabei ist der Anschluß des Heizkörpers 51 an P1 durch den Geräteschalter 12 unterbrochen und kann durch Schalten geschlossen oder geöff­ net werden. Der andere Anschluß des Heizkörpers 51 liegt permanent an dem Anschluß P2.

Der Geräteschalter 12 wird durch die Auslösevorrichtung betätigt, die hier durch eine Heizeinrichtung 25 entsprechend der Fig. 2 dargestellt ist. Diese besteht, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einem Hauptheizwiderstand 41 und einem Zusatzheizwiderstand 42. Dabei liegt der Hauptheizwiderstand 41 parallel zu dem Heizkörper 51. In dem Leistungssteuergerät 11 können noch weitere Schaltkontakte vorhanden sein, die unabhängig von dem Geräteschalter 12 oder gleichzeitig mit ihm durch die Auslösevorrichtung betätigt werden können. Das wird durch die auf einer Seite offene Darstellung des Lei­ stungssteuergerätes verdeutlicht.

Weiterhin ist als Steuermittel eine Steuerung 53 dargestellt, die unter anderem eine Niedrigstromelektronik 54 enthält. An diese ist ein Topferkennungssensor 55 als Topferkennungs­ mittel angeschlossen, der dem Heizkörper 51 zugeordnet ist. Über eine Signalleitung 56 ist die Niedrigstromelektronik 54 mit dem Anschluß des Heizkörpers 51 verbunden, der an den Anschluß P1 geschlossen werden kann.

Des weiteren sind ein Schalter S1 und ein Schalter S2 vorhan­ den, die von elektronischen Schaltern gebildet werden. Dabei ist der Schalter S1 mit dem Anschluß P1 und der Schalter S2 mit dem Anschluß P2 verbunden. Betätigt werden die Schalter S1 und S2 durch die Niedrigstromelektronik 54. Bevorzugt werden Halbleiterschalter verwendet, beispielsweise Triac's oder Transistoren. Die Schalter S1 und S2 sind an ihrem anderen Anschluß miteinander verbunden und über eine An­ schlußleitung 57 an den Zusatzheizwiderstand 42 ange­ schlossen. In der Niedrigstromelektronik kann unter anderem ein Mikroprozessor enthalten sein, der durch spezielle Programmierung einen gewünschten Betrieb des Leistungssteuer­ gerätes bewirken kann.

Zur Energieversorgung der Niedrigstromelektronik ist in der Steuerung 53 ein Netzversorgungsteil 58 enthalten, das durch einen Vorwiderstand, eine Zenerdiode passend zur gewünschten Spannung und einen Kondensator enthält.

Die Anordnung in Fig. 5 entspricht im wesentlichen der aus Fig. 4, allerdings ist hier die Heizeinrichtung 25 entspre­ chend der Fig. 3 ausgeführt. Die Steuerung 53 weist nur den Schalter S1 auf. Über die Anschlußleitung 57 wird der Dick­ schichtwiderstand 45 der Heizeinrichtung 25 etwa in der Mitte kontaktiert, und so entsprechend der Fig. 3 in den Hauptteil­ widerstand 48 und den Nebenteilwiderstand 49 aufgeteilt.

FUNKTION

Im Prinzip ist die Funktion des erfindungsgemäßen Leistungs­ steuergerätes unabhängig von der Ausführung der Heizeinrich­ tung 25 gleich. Deswegen wird sie im folgenden allgemein beschrieben, und im Detail wird auf die Unterschiede je nach Ausführung der Heizeinrichtung eingegangen.

Durch Betätigen eines auf der Achse 35 sitzenden Drehknebels wird ein gewünschtes Leistungsniveau eingestellt und demzu­ folge befindet sich der Geräteschalter 12 in einer bestimmten Position zu der Auslösevorrichtung. Der Schaltkontakt 15 liegt an dem Gegenkontakt 14 an, somit liegen sowohl der Heizkörper 51 als auch die Heizeinrichtung 25 zumindest teilweise an der Netzspannung über die Anschlüsse P1 und P2 an. Der Heizkörper 51 wird mit Strom versorgt und setzt die Kochstelle in Betrieb. Die Heizeinrichtung 25 wird ebenfalls von Strom durchflossen und entwickelt Wärme. Im Einzelfall ist das entweder der Hauptheizwiderstand 41 oder die Serien­ schaltung aus Hauptteilwiderstand 48 und Nebenteilwiderstand 49. Durch die Wärmeentwicklung wirken sie auf das Bimetall­ element 24 ein, das beginnt, auf den Geräteschalter 12 einzuwirken. Abhängig von der Stellung des Geräteschalters wird nach einer bestimmten Zeit der Geräteschalter 12 schal­ ten und den Kontakt öffnen. Somit werden weder Heizkörper 51 noch die Heizeinrichtung 25 weiterhin von Strom durchflossen.

Ein unabhängig von dem Takten erfolgender Abschaltvorgang durch Änderung der Steuerbeheizung kann in zwei Fälle unter­ teilt werden.

1. Der Geräteschalter ist geschlossen

Ein Abschalten kann entweder durch Entfernen des Topfes von der Kochstelle oder durch Überschreiten der Maximalbetriebs­ dauer (abhängig von dem eingestellten Leistungsniveau) ausgelöst werden. Liegt einer dieser beiden Fälle vor, entscheidet die Niedrigstromelektronik 54, daß abgeschaltet werden soll. Den eingeschalteten Zustand des Geräteschalters 12 erkennt die Steuerung 53 über die Signalleitung 56, an der bei geschlossenem Geräteschalter das Spannungssignal von P1 anliegt, bei geöffnetem jedoch nicht.

Daraufhin öffnet sie den Schalter S2, und legt somit über die Anschlußleitung 57 den Zusatzheizwiderstand 42 ebenfalls über die Anschlüsse P1 und P2 an Netzspannung. Durch diese zusätz­ liche Wärmeentwicklung wird das Bimetallelement 24 wesentlich schneller verformt und kann so mit einer einstellbaren Verzögerung den Geräteschalter 12 schalten. Über die Signal­ leitung 56 erkennt die Steuerung 53, daß der Geräteschalter 12 geöffnet ist, woraufhin der Schalter S2 geöffnet und daran anschließend der Schalter S1 geschlossen wird. Dadurch werden der Hauptheizwiderstand 41 und der Zusatzheizwiderstand 42 in Reihe geschaltet und über die Anschlüsse P1 und P2 an Netz­ spannung gelegt. Das führt zu einer thermischen Daueröff­ nungsleistung für den Geräteschalter durch das dauerhaft verformte Bimetallelement 24, die erst auf Befehl durch die Steuerung 53 wieder weggenommen wird.

Um nun eine Überlastung der Heizeinrichtung 25 zu vermeiden und Energie zu sparen, können nicht dargestellte Verriege­ lungsmittel den Geräteschalter in der offenen Stellung arretieren. Dies kann im Gegensatz zu der normalen Öffnung des Geräteschalters 12 durch das Bimetallelement 24 dadurch geschehen, daß durch die zusätzliche Heizleistung das Bime­ tallelement noch weiter verformt wird und dadurch die Verrie­ gelungsmittel aktiviert. Danach kann die Steuerung 53 auch den Schalter S1 öffnen, und der Geräteschalter 12 bleibt weiterhin geöffnet.

2. Der Geräteschalter ist geöffnet

Entscheidet in diesem Fall die Niedrigstromelektronik 54, daß abgeschaltet werden soll, erkennt sie über die Signalleitung 56, daß der Geräteschalter 12 gerade während der Öffnungs­ periode in der offenen Stellung ist. Demzufolge wird gleich der Schalter S1 geschlossen, und dadurch entweder der Geräte­ schalter dauerhaft offen gehalten oder, wie oben beschrieben, die Verriegelungsmittel aktiviert. Dieser Fall ist für beide Anordnungen aus Fig. 4 und Fig. 5 genau gleich. Bei der Anordnung entsprechend Fig. 5 wird der Schalter S1 geschlos­ sen, der den Nebenteilwiderstand 49 überbrückt und nur den Hauptteilwiderstand 48 an Netzspannung legt. Dadurch wird die Wärmeentwicklung erfindungsgemäß erhöht.

Wie oben erwähnt, kann eine Abschaltung des Heizkörpers 51 durch Entfernen des Topfes von der Kochstelle ausgelöst werden. Ebenso ist es aber möglich, eine Maximalbetriebs­ dauerabschaltung vorzusehen. Dies bedeutet, daß abhängig von der Höhe des eingestellten Leistungsniveaus die Heizung 51 nur mit einer bestimmten Maximalbetriebsdauer betrieben werden kann, wie oben beschrieben. Die Höhe des eingestellten Leistungsniveaus erkennt die Niedrigstromelektronik 54 ebenfalls über die an den Heizkörper 51 angeschlossene Signalleitung 56, bzw. über die zeitliche Dauer jeweils des eingeschalteten bzw. des ausgeschalteten Zustands des Geräte­ schalters 12. Daraus kann die Steuerung 53 die Maximalbe­ triebsdauer ermitteln, nach der sie eine Abschaltung veran­ laßt. In dem in der Steuerung 53 enthaltenen Mikroprozessor kann aber durch Programmierung noch eine Reihe von weiteren Situationen vorgegeben werden, die ein Abschalten zur Folge haben sollen.

Ebenso kann das erfindungsgemäße Leistungssteuergerät auch mit Zweikreisheizungen eingesetzt werden.

Dadurch, daß der Aufbau der Heizeinrichtung 25 von den äußeren Dimensionen und der Kontaktierung über die Hauptkon­ taktfeder 28 einer Heizeinrichtung nach dem Stand der Technik entspricht und die Herstellung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Heizeinrichtungen nur einen geringen Mehraufwand erfordert, können sie auch in Elektroherden ohne Topferkennungsfunktion eingesetzt werden. Die zusätzliche Kontaktierung über die Zusatzkontaktfeder 29 wird dazu einfach weggelassen.

Die Ausgestaltung der Widerstände 41, 42 bzw. 48 und 49 kann in einem sehr weiten Bereich variiert werden, um so eine optimale und/oder gewünschte Funktion zu erzielen.

Claims (18)

1. Leistungssteuergerät mit einer thermisch über elek­ trische Steuerbeheizung betätigten Auslösevorrichtung für einen darin enthaltenen Geräteschalter (12), insbe­ sondere für Elektro-Wärmegeräte, der durch die Auslöse­ vorrichtung schaltbar ist, gekennzeichnet durch Steuer­ mittel zur Änderung der Steuerbeheizung durch externe Beeinflussung.

2. Leistungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuermittel an Sensoren oder Er­ kennungsmittel zum Erkennen verschiedener Betriebs­ zustände, insbesondere des Elektro-Wärmegerätes, ange­ schlossen sind.

3. Leistungssteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel an Topferkennungs­ mittel (55) angeschlossen sind, die einem von dem Leistungssteuergerät (11) mit elektrischer Leistung versorgten Heizkörper (51) zur Erkennung eines auf­ gesetzten Topfes, insbesondere einer für diesen Heizkör­ per vorgesehenen Topfgröße, zugeordnet sind.

4. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel zum Erkennen einer Höhe eines Leistungsniveaus der einem Heizkörper (51) von dem Leistungssteuergerät (11) zugeführten Leistung, insbesondere durch zeitliche Auswertung von angelegten Spannungssignalen und/oder einer Taktrate, ausgebildet sind.

5. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Schaltmittel, insbesondere Halbleiterschalter (S1, S2), enthalten, die an eine Energieversorgung (P1, P2) ange­ schlossen sind.

6. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Beein­ flussung abhängig von einer Erkennung eines aufgesetzten Topfes, dessen Größe und/oder einer Höhe des Leistungs­ niveaus der einem Heizkörper (51) zugeführten Leistung ist.

7. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuer­ mittel, insbesondere an die Schaltmittel, zusätzliche Kontaktmittel, insbesondere Kontaktfedern (28, 29), ange­ schlossen sind zur Änderung der Steuerbeheizung durch die Steuermittel.

8. Leistungssteuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuermittel die Steuerbeheizung durch Erhöhen der ihr zugeführten elektrischen Leistung ändern, wobei insbesondere das Erhöhen über die Schalt­ mittel erfolgt.

9. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevor­ richtung wenigstens ein Bimetallelement (24) und als Steuerbeheizung wenigstens eine Heizeinrichtung auf­ weist, wobei die Steuerbeheizung nach Beaufschlagung mit elektrischer Leistung das Bimetallelement erwärmt, und dieses sich zum Schalten des Geräteschalters (12) verformt.

10. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevor­ richtung eine zusätzliche Heizeinrichtung aufweist, die einen Teil der Steuerbeheizung bildet und mit elek­ trischer, insbesondere von den Steuermitteln zugeführ­ ter, Leistung beaufschlagt auf das Bimetallelement (24) einwirkt.

11. Leistungssteuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslösevorrichtung einen einzigen Heizwiderstand (45) aufweist und die Steuermittel den Widerstandswert des Heizwiderstands durch Zusatzkon­ taktierung bzw. teilweises Überbrücken mittels der Kontaktmittel und der Schaltmittel ändern, wobei der Heizwiderstand durch diese Änderung eine erhöhte Heiz­ leistung erzeugt, insbesondere durch erhöhten Stromfluß bei einer konstanten angelegten Spannung.

12. Leistungssteuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Heizeinrichtung ein flächiger, insbe­ sondere langgestreckter, Heizwiderstand ist, insbeson­ dere ein Dickschichtwiderstand (41, 42, 45) auf einem Keramikträger (37), der zumindest teilweise durch die Kontaktmittel kontaktiert ist.

13. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, insbesondere mecha­ nische, Verriegelungsmittel, die durch Betätigung durch die Auslösevorrichtung den Geräteschalter (12), insbe­ sondere einen daran angebrachten Schaltkontakt (15), selbsttätig und unabhängig von der Auslösevorrichtung in einer Schaltstellung halten und/oder arretieren.

14. Leistungssteuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungsmittel durch Betätigen, insbesondere durch Zurückdrehen, eines Betätigungs­ gliedes deaktiviert werden und den Geräteschalter (12), insbesondere den Schaltkontakt (15), für ein erneutes Schalten freigeben.

15. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel ein, insbesondere von der Höhe des Leistungsniveaus der einem Heizkörper (51) zugeführten Leistung abhängiges, Zeitverzögerglied aufweisen.

16. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel zum Anschluß von mindestens zwei, insbesondere vier, Leistungssteuergeräten (11) für jeweils eine Kochstelle eines Elektroherdes ausgebildet sind, wobei für jedes Leistungssteuergerät getrennte Schaltmittel und Kontakt­ mittel sowie optionale Topferkennungsmittel (55) vorhan­ den sind.

17. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geräteschal­ ter (12) einen variablen Kontaktabstand zwischen einem Schaltkontakt (15) und einem Gegenkontakt (14) zur Ver­ besserung der Einstellgenauigkeit im unteren und oberen Leistungsbereich und zur Senkung einer Knackrate im mittleren Leistungsbereich aufweist.

18. Leistungssteuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geräteschal­ ter (12) ein einen Schaltkontakt (15) tragendes Schnapp­ element, insbesondere eine Schnappfeder (16) mit einer Schlaggabel, zur Optimierung der Schaltvorgänge auf­ weist.