DE2033676A1

DE2033676A1 - Schalteinrichtung für elektrische Heizkörper

Info

Publication number: DE2033676A1
Application number: DE19702033676
Authority: DE
Inventors: Clyde Clifford Broolfield Wis. Moratz (V.St.A.)
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1969-07-07
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3578950A; GB1280910A

Description

Patentanwalt«

Dipt.-Ing. A. Grünecker -■-

Dr.-Ing. H. Kinkeldey 2033676

Dr.'lng. W. Stockmair 8 München 22, Maximiliqnstr 43

PH 3368 - 27/Ba

COH¹TPvOLSCOKPMTOi¹IKERICA, 2001 North Janice Avenue, MeIröse Park,

Illinois, USA . ·

Schalteinrichtung für elektrische Heizkörper

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung für elektrische Heizkörper, insbesondere eine Programmschalteinrichtung.

Bei. elektrischen Heizkörpern ist es im allgemeinen vorzuziehen, daß die einzelnen Heizwiderstände nacheinander eingeschaltet v/erden und nicht alle gleichzeitig. Dadurch werden nicht nur die an die Belastbarkeit der Schalter zu stellenden !Forderungen verringert, sondern auch die bei schlagartiger Belastung des Netzes auftretenden LichtSchwankungen vermieden.

Die allgemeine Aufgabe, elektrische Heizkörper in der angegebenen Weise aus. Netz anzuschalten, ist mittels verschiedener Polge-Schalteinrichtungen einfach lösbar. Solche Schalteinrichtungen waren bisher jedoch ziemlich teuer und daher insbesondere bei Anlagen zur Verwendung in wohlfeilen Wohnanlagon ungeeignet. Beispielsweise waren viele bekannte Vorrichtungen dafür eingerichtet, Heizkörper nacheinander einzuschalten, erforderten dafür jedoch teuere

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Präzisionsschalter und waren überdies, im Bemühen, eine sozusagen ideale SchaIteinrichtung zu schaffen, so eingerichtet, daß der Ablauf der Schaltfolge an jedem Punkt des Schalt-Programms umkehrbar war, sobald eine am Thermostaten eingestellte Temperatur erreicht war. Wenn daher "beispielsweise drei von fünf Heizwiderständen eingeschaltet \iraren und in diesem Zustand die Ansprechtemperatur des Thermostaten erreicht wurde, wurde das Programm sofort umgekehrt und die drei Heizwiderstände wurden abgeschaltet. Manche der bekannten Einrichtungen wiesen bei Stromunterbrechungen od. dergl. den Nachteil auf, daß auf das Beheben der Störung hin sämtliche vorher eingeschaltet gewesenen Heizwiderstände gleichzeitig mit Strom gespeist wurden, so daß bei Störungen der Stromversorgung gerade solche Betriebsbedingungen eintraten, die im normalen Betrieb vermieden werden sollten«,

Im Hinblick auf die vorstehend dargelegten Probleme soll die Erfindung die Kosten einer derartigen Schalteinrichtung erheblich senken und gleichzeitig sicherstellen, daß mittels einer solchen Schalteinrichtung die einzelnen Heizwiderstände niemals gleichzeitig ans Netz angeschaltet werden. Zur Erreichung dieser Ziele nimmt die Erfindung den geringen Nachteil in'Kauf, daß eine einmal eingeleitete Schaltfolge voll ablaufen muß, wenn also z.B. drei von fünf Heizwiderständen eingeschaltet sind und in diesem Zustand die Ansprechtemperatur des Thermostaten erreicht wird, läuft das Schaltprogramm weiter, bis alle fünf Heizwiderstände eingeschaltet sind, bevor sie nacheinander abgeschaltet werden. Wird in entsprechender Weise an einem Punkt des Schaltprögramms beim aufeinanderfolgenden Abschalten der Heizwider stände die untere Ansprechtemperatur des Thermostaten erreicht, so läuft das Schaltprogramm zunächst weiter, bis alle Heizwiderstände abgeschaltet sindo In dieser V/eise ist

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es möglich, eine Antriebseinrichtung au verwenden, die einen Programmschalter oder Nockenträger unter allen Umständen in festgelegi-er Folge antreibt, und damit die Notwendigkeit von Umkehreinrichtungen, Kupplungen und dorgl. zu vermeiden.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung die untere Aiisprechtejnperatur eines Thermostaten erreicht ist, treibt ein Antriebsmotor einen Nocken- bzw. Kurventräger an, mittels dessen zunächst ein Gebläse und dann nacheinander mehrere Heizwiderstände einschaltbar sind." Nach dem Einschalten samtlieber Hei ζ v/i der stände wird die Steuerung des Motorkreises an den Kaltkontakt eines einpoligen Umschalter-Thermostaten geschaltet. Dadurch kommt der -Antriebsmotor zum Stillstand' und läßt die Heizwiderstände eingeschaltet, bis die obere Ansprechtemperatur,des Thermqstaten erreicht ist, worauf die Heizwiderstände nacheinander abgeschaltet werden. Nach dem Einsetzen einer Schaltfolge muß sie unabhängig von Zustandsänderungen des.Thermostaten zuende geführt werden. Die einzige Ausnahme davon ist beim öffnen eines Begrenzungsschalters oder bei einer Stromunterbrechung gegeben. In diesemPail bewirkt das Stromloswerden einer Magnetspule, daß ein federbelasteter Hebel die Stromkreise sämtlicher Heizwiderstände unterbricht. Vor erneutem Einschalten der Heizwiderstände muß die Schalteinrichtung aus dieser Stellung zunächst in die Ausgangslage geführt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In dieser ist:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer vollständigen Schalt-. ■ einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

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,Fig.. 3 eine Schnitt ansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Nocken- bzw. Kurventrägers,

Fig. 5 eine harbschematische Darstellung der Winkelstellungen einzelner Hockenscheiben des Hokkenträgers und ■

Fig. 6'eine Schnittansicht ähnlich-Fig. 2 und 3 einer vereinfachten Anordnung von nockenscheibe und Schalteinrichtung. . ■

Die Schalteinrichtung enthält einen Elektromotor 10 für den Antrieb eines zvo.sch.en Stirnwänden 14, 16 innerhalb eines Gehäuses 18 gelagerten, insgesamt mit 12 bezeichneten Hockenbzw. Kurventrägers. Dazu treibt der Motor 10 eine die verschiedenen Nockenscheiben des Nockenträgers 12 durchsetzende Welle 20 an« Unter den Nockenscheiben gibt es eine Scheibe 22 zum Betätigen des Hauptschalters, eine Scheibe 24 für die Steuerung eines Gebläses und z.B. fünf Nockenscheiben 26, 28, 30, 32, 34 zum Schalten von Heizwiderständen. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Hockenscheiben in nachstehend erläuterter Weise gegeneinander verdreht bzw. im Winkel angeordnet, so daß sich zeitlich aufeinanderfolgende Schaltvorgänge ergeben.

Jede der Hockenscheiben enthält zwei Kurvenführungen. Die Hockenscheibe 22 weist die Kurvenführungen 22a und'22b auf.

Eine obere Kontaktfeder 36 folgt der Kurvenführung 22b und eine untere Kontaktfeder 38 der Kurvenführung 22a, die einen verringerten Durchmesser hat. Zwischen den Kontaktfedorn 36, 38 befindet sich ein Festkontakt 40. Die Kontaktfedern 36, 38 sind mit dem Stromkreis eines Thermos baten 42 verbunden und dienen der Steuerung des Synchronmotors. Der Thermostat 42 ist vom Typ des einpoligen Umschalters mit einem Kaltkontakt

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•und einem Warmkontakt H,_ zwischen denen sich ein Bimetallteil bewegt. Das Eimetall-Schaltglied ist mit der Sekundärwicklung eines Abwärtstransformators verbunden, so daß die Betätigung durch Schwachstrom-erfolgt.' Im Stromkreis des Bimetall-Schaltg-liedes befindet sich auch der Synchronmotor ,10. Der Kaltkontakt C ist mit der oberen Kontaktfeder 36 und der Warmkontakt H mit der unteren Kontaktfeder 38 verbunden. In dem in der Zeichnung dargestellten Betriebszustand hält die kleinere Kurvenführung 22a die Kontaktfeder 38 am Festkontakt 4-0. Wenn in dieser Stellung das Bimetall-Schaltglied des Thermostaten 42 an dem Warmkontakt H zur Anlage kommt, ist damit der Motor 10 eingeschaltet. Dadurch werden die Nokkenscheiben im Gegenzeigersinn in Drehung versetzt, wobei die obere Kontaktfeder 36 vom Hocken der Nockenscheibe 22b abfällt und in Anlage am Festkontakt 40 kommt. Selbst wenn nun das Schaltglied des Thermostaten am Kaltkontakt 0 zur Anlage kommt, bleibt der Motor 10 während einer Weiterdrehung der Nockenscheibe 22 über annähernd 180° eingeschaltet. An diesem Punkt wird die untere Kontaktfeder 38 vom Festkontakt 40 abgehoben. Wenn dabei noch der Warmkontakt;'des Thermostaten 42 beschaltet ist, wird der Stromkreis des Motors 10 unterbrochen, so daß dieser zum Stillstand kommt. Falls jedoch an diesem Punkt ,der Kaltkontakt C des Thermostaten 42 beschaltet ist, bleibt der Motor über die Kontakte 40 und 36 colgange eingeschaltet, bis die Kurvenführung 22b bei ihrer Weiterdrehung die Kontaktfeder 36 abhebt und damit den Motor-Stromkreis unterbricht.

Bei der Nockenscheibe. 24 folgt eine mittlere Kontaktfeder 44 der KurvenführTing 24b und eine untere Kontaktfeder 46 der Kurvenführung- 24a. Die Kontaktfedern 44,- 46 sind mit Zuleitungen L1, L? verbunden. Mit der unteren Kontaktfeder 46 ist der Motor-46 eines Geblasen in leihe geschaltet. Im normalen Betrieb folgt die obere Kontaktfeder 50 der Kontakt-

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feder 44. Die Kontaktfeder 50 ist mit einem im Normalzustand geschlossenen. Begrenzungsschalter 52 und der Wicklung einer mit der Zuleitung L2 verbundenen Magnetspule 54 · in Reihe geschaltet. Sobald daher der Motor 10 den Nockenträger 12 in Drehung versetzt, fällt die Kontaktfeder 44 vom Nocken der Kurvenführung 24b ab und schließt den Kontakt mit der Kontaktfeder 46. Dadurch wird das Gebläse 48 eingeschaltet. Da die Kontaktfeder 50 an der Kontaktfeder 44 anliegt, besteht ein geschlossener Stromkreis von der Leitung L1 über'den im Normalzustand geschlossenen Begrenzungsschalter 52 und die Magnetspule 54. Der Zweck der Magnetspule ist weiter unten erläutert.. '

Die Kurvenführung 24b ist derart auf der Welle 20 befestigt, daß das Gebläse bei Drehung um erste 5 eingeschaltet wird. Nach einer Drehung um 10° wird der erste Heizwiderstand eingeschaltet. An der Nockenscheibe 34 (Fig. 6) folgt die .untere Kontaktfeder 56 der Kurve 34a und die obere Kontaktfeder 58 der Kurve 34b. Nach einer Drehung der Kurvenscheibe um 10 fällt die obere Kontaktfeder 58 vom oberen Haltesektor der Kurve 34b ab und legt sich an die untere Kontaktfeder 56, wodurch der zugehörige Heizwiderstand eingeschaltet, wird und es während einer Weiterdrehung um 180° bleibt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird der zweite Heizwiderstand bei 40°, der dritte bei 70°, der vierte bei 100° und der fünfte bei 130° Drehung eingeschaltet. Der Abschalt- oder Abfallpunkt auf der kleineren Kurvenführung jeder Nockenscheibe 26, 28, 30,3? bzw. 34 für die Betätigung der Heizwiderstände ist in jedem Fall gegenüber dem Punkt, an dem die Kontakte schließen, um etwa 180° versetzt. Somit werden die Heizwiderstände in der gleichen Reihenfolge ein- und abgeschaltet. Bei der Nockenscheibe 34· öffnet die Kurvenführung 3^a den Heiz-Stroinkreis.

Wie vorstehend bereits erwähnt;, wird die Magnetspule erregt,

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••jobal'd der .Thermostat-bei der unteren l'emperat'urgrenze anspricht. Dabei ni:niit die Magnetspule die dargestellte Lage ein und vernchvrenkt dabei einen Hebel 62 gegen die Belastung durch eine Eeder 66 im-'Uhrzeigersinn inn ein Gelenk 64. Sobald die Magnetspule stromlos wird, bewegt die Peder 66 den Hebel 62 im Gegenzeigersinn um das Gelenk 64. Der Hebel 62 trägt einen isolierten Hilfs-Abschalthebel 68, der in nachstehend beschriebener Weise unter bestiBunten Schaltkontaktenliegt. Diese Anordnung dient dazu, beim Öffnen des im Normalzustand geschlossenen Begrenzungsschalters 52 oder bei einer kurzzeitigen Stromunterbrechung die Heiζwiderstände abzuschalten. Dies geschieht folgendermaßen: An der Hockenscheibe 24- der Gebläsesteuer-ung liegt der Hilfshebel 68 unter der oberen Kontaktfeder 5O₅ so daß er diese beim Stromloswerden der Magnetspule von der Kontaktfeder 44, der sie normalerweise in allen Betriebszuständen folgt, abhebt. Nach der Trennung dieser beiden Kontaktfedern voneinander wird die Magnetspule bei erneutem Schließen des Begj-.'enzun.gssch.alters oder bei Wiederaufnähme der Stromversorgung nicht wieder erregt, so daß die beim Stromloswerden der Magnetspule mechanisch geöffneten Schalter solange geöffnet bleiben, bis die Auflaufflanke der Kissrenführung 24b unter den mittleren Kontakt 44 gedreht ist und diesen in Anlage an die obere Kontaktfeder 50 hebt.

An jedem Schalter für die Hei?;widerstände liegt der Hifishebel 68 unter dem Ende der oberen Kontaktfeder, so daß beim Stromloswerden der Magnetspule die die Heizwiderstände schaltenden Kontalrtfedorn geöffnet werden und solange geöffnet bleiben, bis die Magnetspule erneut erregt wird» -

Bei der Hauptschalteranordnung weist die untere Kontaktfeder 38 einen über dem Hilf «hebel 68 liegenden Fort-sata ?O auf. Beim Stronloowerden der Magnetspulο wird die Kontaktfeder daher angehoben und die drei KontaktJ'edern 36, 38, 40 dadurch

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zusammengeschlossen. Diese-Anordnung gowährleiste-t, daß der Stromkreis dos Schaltraotors 10 'beim Wiedereinsetzen der Stromversorgung nach einer Störung "bzw. beim Schließen des Beerenzungsßchalters geschlossen wird und der Motor den.Nockenträger in jedem !'all in die Null-, oder Abschaltstellung zurückdreht. Dabei öffnen die Kontaktfedern 44, 46 des Gebläseschalters vor Erreichen des Abschaltpunktes, und unmittelbar vor Erreichen des Abstellpunktes worden die Kontaktfedern 44, 50 <ies Stromkreises des Begronzungsschalters und der Magnetspule Kontakt geben. Zuletzt wird die obere Kontaktfeder 36 vom Pestkontakt 40 abgehoben. Wenn der Thermostat 42 zu diesem Zeitpunkt in KaIt-Stellung ist, id.rd der Synchronmotor stillgesetzt. Befindet sich der Thermostat. 42 jedoch in der V/arm s te llung, so wird der Motor eingeschaltet. Wenn dabei der Begrenzungsschalter 52 offen ist, kann die Magnetspule nicht erregt v/erden, so daß sämtliche Schalter der Ileiswiderstände in der Stellung gehalten bleiben, in welcher das Einschalten der Heizwiderstände und des Gebläses nicht möglich ist. Beim normalen Betrieb der Schalteinrichtung ist die Magnetspule dauernd erregt, außer beim Betätigen bzw. Öffnen des Begrenzungsschalters.

Dank der Verwendung des nur in einer Richtung drehbaren Rokkenträgers ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine "Unsteuerungseinrichtung überflüssig und die Verwendung einfacher Schalter möglich. Im Interesse eines einfachen Aufbaur. ist dafür in Kauf zu nehmen, daß eine begonnene Schaltfolge jeweils zuende zu führen ist. Bei der für einen Umlauf von 360° erforderlichen kurzen Zeit von 2.B. nur zwei Minuten findet jedoch noch keine ernsthafte IJberhibzung den beheizten Raumes statt.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ti c h e

1.jProgrammschalteinrichtung für elektrische Heizungen, gekennzeichnet durch einen mittels eines Motors (10) antreibbaren Hockenträger (12), durch einen den Motor steuernden Thermostaten (4-2), durch mehrere mittels Hockenscheiben (26 bis 34-) auf den Hockenträger (12) zum aufeinanderfolgenden Schließen bei Drehung des Hockenträgers betätigbare Heizkörperschalter (44 bis 50, 5&j 58) und durch Einrichtungen (22, J6 bis 40) zum Unterbrechen der Drehung des Hockenträgers (12), wenn nach dem Schließen sämtlicher Heizkörperschalter der Thermostat weiterhin in Heizstellung steht, wobei der Motor (10) bei Erreichen der oberen Ansprechtemperatur des Thermostaten den Hockenträger (12) zum aufeinanderfolgenden Öffnen der Heizkörperschalter antreibt und die Stromzufuhr zum Motor (10) unterbrochen wirdj nachdem sämtliche Heizkörperschalter geöffnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterbrechereinrichtung einen mittels dos Hockenträgers (12) betätigbaren, mit dem Motor (10) und dem Baumthermostaten (42) verbundenen Schalter (22,. 36 bis 40) aufweist, -mittels dessen der Stromkreis nach dem Schließen sämtlicher Heizkörperschalter (44 bis 50, 56» 58) von einem Einschaltkreis auf einen Ausschalt-■-kre ι:;; dos Thorrnostoten schaltbar ist, so daß der Motorantrieb nicht üinscbaltbio:· int, bevor die obere Antsprechdoy Tborinort-ateii errcicia·- int.

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3. Vorrichtung nach -Anspruch .1 oder 2, gekennzeichnet durch eine "bei Betriebsstörungen wie Heizungs- oder Stromausfallen ansprechende Einrichtung (5^), mittels deren säntliche Schalter in. geöffnete Stellung bringbar und darin gehalten sind, bis die Störung beseitigt ist und der Nockonträger (12) in eine Stellung gelangt ist, in v/elcher sämtliche Heizkörperschalter durch den Nockenträger offen gehalten sind.

4.. Vorrichtung nach wenigstens Anspruch 3* dadurch g e.-kennzeichnet , daß die auf Betriebsstörungen ansprechenden Einrichtung eine Magnetspule (54) ^un<i einen nit dieser in Reihe geschalteten Begrenzungsschalter (52), einen mittels der Hagnetspule betätigbaren und bei deren Stromloswerden an die Heizkörperschalter anlegbaren Hebel (62, 68) und eine den Hebel in Richtung zum öffnen der Schalter belastende Feder(66) aufweist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e/η η zeichnet , daß der Hebel (62, 68) derart zur Betätigung des mittels einer Nockenscheibe (22) betätig- - ten Kotor-Häuptschalters (36, 3S, 40) eingerichtet ist, daß der Motor (10) nach Beseitigung einer Betriebsstörung unabhängig von der Betriebsstellung des Thermostaten (42) Strom erhält.

6. Vorrichtung nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Schalter (44,46) '•"für einen Gebliise" (40), der mittels des Eurventrägers (12) in ,jedem Schaltprogracin als erster geschlossen imd als letzter geöffnet wird.

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