DE19934199A1 - Leistungssteller zur Leistungseinstellung der elektrischen Verbraucher eines Elektrogerätes - Google Patents

Abstract

Bei einem Leistungssteller zur Leistungseinstellung der elektrischen Verbraucher eines Elektrogerätes, insbesondere eines elektrischen Kochherdes, ist der Heizwiderstand eines Verbrauchers selektiv an die Phasenspannung von z. B. 230 V oder die verkettete Spannung von z. B. 400 V anschaltbar. Die Heizleistung kann in jeder Schaltstufe elektromechanisch getaktet werden, wobei die dem Verbraucher zugeführten Leistungsimpulse unterschiedlicher relativer Einschaltdauer die prozentuale Heizleistung bestimmen. Die zur Verfügung stehende niedrigste Heizleistung von ca. 2,5 bis 3,5% der maximalen Heizleistung wird dadurch zuverlässig und dauerhaft erreicht, daß im unteren Leistungsbereich eine niedrigere Spannung anliegt als im höchsten Leistungsbereich. Um zu gewährleisten, daß der Bimetall-Heizwiderstand bei Anschaltung des Kochplatten-Widerstandes an beide Betriebsspannungen (400 V bzw. 230 V) immer an einer niedrigen Spannung anliegt, ist eine Halbwellen-Gleichrichteranordnung vorgesehen, die nur bei der höheren Betriebsspannung für den Bimetall-Heizwiderstand wirksam wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungssteller zur Leistungseinstellung der elektrischen Verbraucher eines Elektrogerätes, das wenigstens mit zwei Phasen an ein Dreh­ stromnetz angeschlossen ist, insbesondere für die elektro­ mechanisch getakteten Kochplatten von Elektroherden.

Bei den elektromechanischen Leistungsstellern wirkt ein beheiztes Bimetall auf einen Schnappschalter ein, und mit einer Steuerkurve werden die Taktverhältnisse in den einzel­ nen Leistungsstufen eingestellt.

Bei derartigen Leistungsstellern, die ein beheiztes Bimetall mit Kompensations-Bimetall benutzten, besteht das Problem der Schalthysterese, das mit dem Bimetall verknüpft ist, so daß bekannte Leistungssteller die Leistung nur von etwa 7% bis Vollast steuern können. Erwünscht ist jedoch eine Ein­ stellung auf einen noch niedrigeren prozentualen Wert.

Um bei einem elektromechanisch getakteten Leistungssteller die Schalthysterese unwirksam zu machen und die minimal zur Verfügung zu stellende Heizleistung zu verringern, ist es durch die EP-A-0 562 287 bekannt, im Schaltbereich des Stellgliedes zwischen Ausschaltstellung und kleinster Lei­ stungsstufe einen Bereich mit einer Leistungsstufe einzu­ schalten, die zwischen der kleinsten Leistungsstufe und der höchsten Leistungsstufe liegt. Dadurch, daß in dem Zwischen­ bereich die Leistung kurzzeitig auf etwa 30 bis 50% der Maximalleistung erhöht wird, bleibt bei der darauffolgenden Rückschaltung die pulsierende Kontaktgabe des Schnappschal­ ters gewährleistet und das bei solchen Leistungsstellern auf­ tretende Justierproblem wird dadurch gelöst, daß vor dem Ein­ schalten der niedrigsten Leistungsstufe das Bimetall kurz vor­ geheizt wird.

Im Gegensatz zu den elektromechanischen Leistungsstellern kann bei elektronischen Leistungsstellern, die mit einem Mikroprozessor arbeiten, der das Taktverhältnis in den ein­ zelnen Leistungsstufen vorgibt, die Leistungsstufe sicher und stufenlos zwischen 0 und 100% eingestellt werden. Der Nach­ teil dieser elektronischen Leistungssteller besteht darin, daß die Kosten ein Vielfaches der Kosten eines elektromecha­ nischen Leistungsstellers betragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lei­ stungssteller mit elektromechanischer Taktung zu schaffen, der in der Lage ist, zuverlässig und reproduzierbar kleine Leistungen einzustellen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeich­ nungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung ist insbesondere für Elektroherde anwendbar. Ein solcher Elektroherd wird in der Regel immer an die drei Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossen. Die erste Pha­ senspannung und die zweite Phasenspannung werden für die vier Kochplatten benötigt, während die dritte Phasenspan­ nung an den Backofen angelegt wird. Da bei einer solchen Schaltungsanordnung außer der Phasenspannung von 230 V auch die verkettete Spannung von 400 V des Drehstromnetzes zur Verfügung steht, kann durch den erfindungsgemäßen Anschluß eine geringere prozentuale Leistung sicher und reproduzier­ bar zur Verfügung gestellt werden.

Bei einem hohen Leistungsbedarf, d. h. beim Braten oder beim Ankochen, sind die Kochplatten auf 400 V geschaltet, während im Fortkoch- und Warmhaltebereich, wo wenig Leistung benö­ tigt wird, die Kochplatten an 230 V angeschaltet sind.

Wenn beispielsweise eine Kochplatte mit einem Heizwiderstand von 80 Ω benutzt wird, ergibt sich bei einem Anschluß an 400 V eine Leistung von 2000 W (100%). Wird der gleiche Heiz­ widerstand jetzt an die Phasenspannung von 230 V angelegt, dann beträgt die Heizleistung jetzt U²/R = 230²/80 = 661 W.

Will man jetzt in der kleinsten Stellung 3% Leistung errei­ chen, muß der Leistungssteller auf etwa 9% in der kleinsten Stufe justiert werden. 9% von 661 W = 59,5 W; 59,5 W von 2000 W = 3%. In der Praxis müßte der Leistungssteller zwi­ schen 7,5 und 10,5% justiert werden. Dies ergibt dann 2,5 bis 3,5% Leistung in der kleinsten Stufe.

Es ist also möglich, mit dieser Anordnung auch mit einem elektromechanischen Leistungssteller in der kleinsten Stufe 3% Leistungsabgabe zu erreichen, was bisher nur mit elek­ tronischen Leistungsstellern möglich war.

Die Erfindung ist auch anwendbar für Kochplatten, die mit einer erweiterten Kochzone durch einen zweiten Heizkreis ausgerüstet sind. Durch entsprechende Schaltanordnung kann auch dieser zweite Heizkreis getaktet oder ungetaktet wahl­ weise an die verkettete Spannung von 400 V bzw. die Phasen­ spannung von 230 V angeschaltet werden.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 zeigt die Verdrahtung von vier Kochplatten eines Elektroherdes;

Fig. 2 zeigt schematisch den Netzanschluß für eine Kochplattenstelle durch einen insbesondere als Nockendrehschalter ausgebildeten Stufenschalter;

Fig. 2A zeigt eine weitere Schaltungsmöglich­ keit eines Stufenschalters mit Bimetallheizung (ohne zweiten Heizkreis);

Fig. 2B zeigt eine weitere Schaltungsmöglich­ keit des Stufenschalters mit zugeordnetem Strom­ laufplan für Phasenspannung (N → L2) bzw. verkettete Spannung (L1 → L2) mit verzögerter Abkühlperiode des Bimetalls;

Fig. 2C zeigt eine weitere Schaltungsmöglich­ keit des Stufenschalters mit zugeordneten Stromlauf­ plänen für verkettete Spannung (L1 → L2) bzw. Phasen­ spannung (N → L2);

Fig. 3 zeigt schematisch die Spannungsum­ schaltung;

Fig. 4 veranschaulicht die prozentualen Erwärmungsbereiche.

Fig. 1 zeigt vier Kochplatten 10, 20, 30, 40 eines Elektro­ herdes, die über Nockenschalter 1' bzw. 2' bzw. 3' bzw. 4' an ein Drehstromnetz angeschlossen sind, das den Null-Leiter N und die Phasenleiter L1 und L2 aufweist. Der dritte Phasen­ leiter, der gewöhnlich für den Backofen benutzt wird, ist hierbei nicht dargestellt.

Demgemäß liegt zwischen dem Null-Leiter N und dem Phasenlei­ ter L1 sowie zwischen dem Null-Leiter N und dem Phasenleiter L2 die Phasenspannung von 230 V. Zwischen den Phasenlei­ tern L1 und L2 liegt die verkettete Spannung von 400 V.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltanordnung des Leistungsstellers 3'. Dieser unterscheidet sich von den Leistungsstellern 1', 2' und 4' dadurch, daß ein zweiter Heizkreis mit einem weiteren Heizwiderstand 30a vorgesehen ist, der die Heizzone der Koch­ platte 30 erweitert. Mit den Bezugszeichen 1 bis 8 sind die Kontakte des Leistungsstellschalters 3' bezeichnet. Die Schal­ ter 1', 2' und 4' sind in gleicher Weise aufgebaut mit dem Unterschied, daß die Kontakte 1-2 und der zweite Heizkreis fehlen.

Der den Kontakten 7 und 8 zugeordnete Schaltarm wird durch einen Bimetall-Heizwiderstand BH getaktet. In jenem Bereich, der eine hohe Leistung erfordert, wird der Kontakt 3-4 ge­ schlossen, so daß der Heizwiderstand der Kochplatte 30 an der verketteten Spannung von 400 V liegt. Der Kontakt 7-8 wird von dem Bimetall-Heizwiderstand BH betätigt. Je nach Einstellung ändert sich die Einschaltzeit der Kontakte 7-8, so daß der Kochplatte 30 Leistungsimpulse unterschiedlicher relativer Einschaltdauer zugeführt werden. In jenem Bereich, in dem eine geringere Heizleistung benötigt wird, ist der Kontakt 3-4 geöffnet und dafür der Kontakt 5-6 geschlossen. Nunmehr ist die Kochplatte 30 an die Phasenspannung zwischen N und L2 (230 V) angeschlossen.

Der Kochplatte 30 ist der weitere Heizwiderstand 30a zuge­ ordnet, durch den die Heizzone der Heizplatte 30 erweitert wird. Diese erweiterten Heizzonen sind insbesondere bei Ceran-Feldern üblich. Dieser Heizwiderstand 30a wird an die verkettete Spannung von 400 V angelegt, wenn die Kon­ takte 1-2 und 3-4 geschlossen sind (die Kontakte 7-8 werden auch in dieser Schaltstellung des Bimetall-Heizwiderstandes BH getaktet). Dieser zweite Heizkreis mit dem Heizwiderstand 30a kann über den Schalter 3' auch an die Phasenspannung zwischen N und L2 angelegt werden, wenn anstelle der Kontakte 3-4 die Kontakte 5-6 geschlossen werden (und die Kontakte 3-4 geöffnet sind).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2A ist der Kochplatten­ widerstand 30 an die Anschlüsse 5 und 7 des Leistungsstellers 3' angeschaltet. Der Heizwiderstand BH zur Taktung des Bi­ metallschalters, der zwischen den Anschlüssen 7 und 8 liegt, ist an die Anschlüsse 3 und 7 angeschaltet. Ein Halbwellen­ gleichrichter in Gestalt einer Diode D liegt zwischen den An­ schlüssen 5 und 3. Die Polung der Diode ist dabei gleichgül­ tig, da diese als Halbwellengleichrichter lediglich die Auf­ gabe hat, die Spannung zu erniedrigen.

Wie ferner aus Fig. 2A ersichtlich, sind die Kontaktanschlüs­ se 1 und 5 einerseits und 2 und 4 andererseits miteinander verbunden. Die Anschlüsse 6 bzw. 8 sind mit den Phasenleitern L1 bzw. L2 verbunden. Zwischen diesen liegt die verkettete Spannung von z. B. 400 V. Die miteinander verbundenen Anschlüs­ se 2 und 4 sind mit dem Nulleiter N verbunden.

Um die Kochplatte 30 an die Phasenspannung zwischen L2 und N anzuschließen, wird der Leistungssteller so eingestellt, daß die Anschlüsse 1 und 2, die Anschlüsse 3 und 4 und die An­ schlüsse 7 und 8 überbrückt werden. Der Stromkreis über den Kochplattenwiderstand verläuft dann wie folgt:

L2-8-7-30-1-2-N.

Der Stromkreis über den Heizwiderstand BH des Bimetalls ver­ läuft wie folgt:

L2-8-7-BH-3-4-N.

Der Bimetall-Heizwiderstand BH liegt demgemäß in dieser Schaltstellung parallel zum Kochplatten-Heizwiderstand 30 an der Phasenspannung von 230 V. Der Bimetallkontakt zwi­ schen den Anschlüssen 7, 8 wird vom Heizwiderstand BH mit der Phasenspannung von 230 V erregt. Die Diode D ist über den folgenden Leitungsverlauf kurzgeschlossen und damit unwirksam:

D-1-2-4-3-D.

Bei Umschaltung auf 400 V, d. h. auf die verkettete Spannung, die zwischen L1 und L2 liegt, werden die Kontaktanschlüsse 5 und 6 überbrückt, und die Anschlüsse 7 und 8 werden wiederum durch den Bimetall-Heizwiderstand BH getaktet.

Der Stromverlauf über die Kochplatte verläuft wie folgt:

L2-8-7-30-5-6-L1.

Der Stromverlauf zur Heizung des Bimetall-Heizwiderstandes BH verläuft wie folgt: L2-8-7-BH-D-5-6-L1, d. h. in dieser Schaltstellung liegt die Reihenschaltung von Diode und Heiz­ widerstand BH parallel zur Kochplatte 30 an der verketteten Spannung. Die Diode D wirkt dabei als Halbwellen-Gleich­ richter, so daß der Effektivwert des Stromes auf etwa die Hälfte vermindert wird und der Bimetall-Heizwiderstand BH etwa die gleiche Heizleistung aufnimmt wie bei der Schaltung für 230 V Heizleistung. Durch entsprechende Dimensionierung der Schaltungselemente kann eine völlige Übereinstimmung der Heizleistung bei 230 V bzw. 400 V erreicht werden.

Die Fig. 2B zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine mit einem Nockenschalter kombinierte Schaltung eines elektro­ mechanischen Leistungsstellers mit Bimetalltaktung, womit eine sehr geringe Restleistung einstellbar ist. Hierbei liegt der Kochplatten-Heizwiderstand 30 wiederum zwischen den Anschlüssen 5 und 7 des Nockenschalters 3'. Der Bimetall- Heizwiderstand BH ist einerseits an die Anschlußklemme 5 an­ geschaltet und über die Diode D1 an den Anschluß 7 gelegt. Weiter ist der Bimetall-Heizwiderstand, wie aus Fig. 2B er­ sichtlich, über die Diode D2 und einen Widerstand R1 an den Kontakt 8 angeschlossen. Die Dioden D1 und D2 sind gegen­ sinnig geschaltet und mit ihrem positiven Anschluß mit dem Bimetall-Heizwiderstand BH verbunden. Der Schaltarm zwischen den Anschlußklemmen 8 und 7 wird über den Bimetall-Heiz­ widerstand BH getaktet. Die Kochplatte 30 kann entweder durch Überbrückung der Kontakte 5, 6 an den Nulleiter N angeschlossen werden, so daß der Kochplatten-Heizwiderstand 30 an der Phasenspannung N-L2 liegt, oder durch Überbrückung der Kontakte 3, 4 wird eine Verbindung mit L1 hergestellt, so daß die Kochplatte 30 an die verkettete Spannung von z. B. 400 V angelegt wird.

Die Beschaltung aus D1, D2, R1 und dem Schaltkontakt 7-8 dient zur Umschaltung der Leistungszufuhr für die Bimetall­ heizung BH. Ist der Schaltkontakt 7-8 geschlossen, wird über D1 die Bimetallheizung BH mit 100% ihres Leistungsbedarfs versorgt. Ist der Schaltkontakt 7-8 geöffnet, wird BH über R1 und D2 mit reduzierter Leistung versorgt. Wobei mit R1 die Höhe der Leistung beliebig eingestellt werden kann. Hier­ mit wird die Abkühlzeitkonstante verlängert.

Der Kochplattenwiderstand kann beispielsweise 25 Ω betra­ gen, und der Widerstand des Bimetall-Heizwiderstandes 5 kΩ. Die Bimetallwicklung wird durch den Einweggleichrichter D1 an die halbe Betriebsspannung angelegt, und er ist entspre­ chend ausgelegt. Der Bimetall-Heizwiderstand wird bei geöff­ neten Kontakten 7, 8 über den Widerstand R1 und die Diode D2 ständig mit einer kleinen Energiemenge versorgt, wodurch das Abkühlen des Bimetalls verlangsamt und dadurch die Abschalt­ zeit verlängert wird, was wiederum zu einer Verminderung der einstellbaren niedrigen Leistung führt. Der Widerstand R1 kann auch ein stromabhängiger oder ein temperaturabhängiger Widerstand sein, wodurch die Schaltfunktion des elektro­ mechanischen Leistungsstellers in weiten Grenzen einstell­ bar ist. Durch die entgegengesetzt gepolten Dioden D1 und D2 wird der Stromfluß über den Kochplattenwiderstand 30 gesperrt, während die Kontakte 7, 8 offen sind (und die Kontakte 5, 6 oder 3, 4 geschlossen sind).

Die Diode D2 kann auch wegfallen, wenn ein geringer Rest­ strom über den Heizplattenwiderstand 30 (im Abschaltzustand) zugelassen wird. Dann liegt die Reihenschaltung aus R1 und Bimetallwiderstand BH immer an der vollen Betriebsspannung.

Gleichzeitig liegt jedoch parallel zur Bimetallheizung die Reihenschaltung aus D1 und Kochplatte 30. Da die Kochplatte im Vergleich zur Bimetallheizung BH sehr niederohmig ist (Faktor 100), fließt bei positiver Halbwelle (D1 in Sperr­ richtung) der Strom durch R1 und die Bimetallheizung BH, bei negativer Halbwelle jedoch durch R1, D1 (in Durchlaß­ richtung) und die Kochplatte 30. Somit ergibt sich für die der Bimetallheizung zugeführten Energie dieselbe Leistungs­ bilanz wie bei der Ausführung mit der Diode 2.

Die Fig. 2C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches eine Verknüpfung von Fig. 2A und 2B darstellt. Bei der Ver­ knüpfung von Fig. 2A und Fig. 2B ist jedoch die Diode D aus Fig. 2A durch einen Widerstand R2 ersetzt, da eine Halbie­ rung des Stromes der Bimetallheizung BH durch eine Diode nur funktioniert, wenn die BH mit Wechselspannung versorgt wird, was hier nicht der Fall ist.

Die Fig. 3 zeigt ein mögliches Schaltungsdiagramm des Lei­ stungsstell-Drehschalters, mit dem ausgehend von der Null­ stellung die vorstehend erwähnten Schaltstellungen in Ver­ bindung mit der Einstellung des Bimetalls erlangt werden können. Die Fig. 4 zeigt eine mögliche hiermit erlangbare prozentuale Leistungseinstellung. In den Fig. 3 und 4 ist mit dem Bezugszeichen B der Bratbereich gekennzeichnet und mit dem Bezugszeichen F der Bereich zum Fortkochen und Warm­ halten. An der Stelle U erfolgt im Diagramm nach Fig. 3 eine Umschaltung von 230 V auf 400 V.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß auch mittels eines elektromechanisch getakteten Leistungsstellers eine geringe Heizleistung von ca. 3% der Höchstleistung zur Verfügung gestellt werden kann, weil im unteren Leistungsbereich mit einer geringeren Speisespannung gearbeitet wird als im Hoch­ leistungsbereich.

Claims (13)

1. Leistungssteller zur Leistungseinstellung der elek­ tromechanisch getakteten elektrischen Verbraucher eines Elek­ trogerätes, das mit wenigstens zwei Phasen an ein Drehstromnetz angeschlossen ist, insbesondere zur Leistungseinstellung der Kochplatten von Herden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Verbraucher des Gerätes wahlweise an die Phasenspannung (z. B. 230 V) oder an die verkettete Spannung (z. B. 400 V) anschaltbar ist.

2. Leistungssteller nach Anspruch 1 für die Kochplatten von Elektroherden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplatten-Heizwiderstand (30) bei hoher Leistungsstufe (z. B. Ankochbereich und Braten) ununterbrochen an die verkettete Spannung (L1-L2) angeschal­ tet ist und bei niedriger Leistungsstufe (Fortkoch- und Warm­ haltebereich) an der Phasenspannung (z. B. N-L2) anliegt und über eine Bimetallheizung (BH) getaktet wird.

3. Leistungssteller nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Heizkreis (30a) parallel zum Kochplatten-Heizwiderstand (30) schaltbar ist.

4. Leistungssteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallheizung auf einen Wert von 7,5 bis 10,5% der maximalen Leistung (bei Anschluß an verkettete Spannung) justiert wird, woraus eine Leistung von 2,5 bis 3,5% der maximalen Leistung resultiert bei An­ schluß an eine Phasenspannung.

5. Leistungssteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetall-Heizwiderstand (BH) über einen Halbwellengleichrichter (D) an der halben Be­ triebsspannung liegt.

6. Leistungssteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetall-Heizwiderstand (BH) parallel zu der aus Halbwellengleichrichter (D) und Kochplat­ tenwiderstand (30) bestehenden Reihenschaltung liegt.

7. Leistungssteller nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einstellung des Kochplatten- Heizwiderstandes (30) auf Phasenspannung der Bimetall-Heiz­ widerstand (BH) parallel zum Kochplatten-Heizwiderstand (30) liegt, wobei der Halbwellengleichrichter (D) kurzgeschlossen ist.

8. Leistungssteller nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltstellung, in der der Kochplatten-Heizwiderstand (30) an der verketteten Spannung (L1, L2) liegt, der Bimetall-Heizwiderstand (BH) über den Halbwellengleichrichter (D) an der Betriebsspannung liegt und etwa die gleiche Taktgebung wie bei angelegter Phasenspannung bewirkt.

9. Leistungssteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den getakteten Schalt­ kontakten (7, 8) eine Reihenschaltung aus gegensinnig gepolten Dioden (D1, D2) liegt.

10. Leistungssteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplatten-Heizwiderstand (30) parallel zu einer Reihenschaltung von Bimetall-Heizwiderstand (BH) und Halbwellengleichrichter-Diode (D1) liegt.

11. Leistungssteller nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zu den getakteten Anschlüssen (7, 8) zusätzlich ein Widerstand (R1) liegt.

12. Leistungssteller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R1) ein strom­ abhängiger Widerstand ist.

13. Leistungssteller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R1) ein tempera­ turabhängiger Widerstand ist.