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Elektrischer Warmwasserbereiter
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Warmwasserbereiter mit drei
Heizkörpern, deren geometrische Abmessungen gleich sind, wobei die Summe der Nennleistungen
der drei Heizkörper in Sternschaltung der maximal erreichbaren Heizleistung entspricht
und die Heizkörper in Stufen an das Netz anschaltbar sind und die maximale lleizleistung
über ein Schaltschütz einschaltbar ist.
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bin derartiger Warmwasserbereiter ist in der DE-AS 12 51 256 beschrieben,
Bei diesem weist jeder der Heizkörper eine Leistung von 2 kW an 220 V auf. Demnach
beträgt die maximale Heizleistung 6 kW. Diese ist zur Schnellaufheizung des Warmwasserbereiters
vorgesehen.
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Zur Nachtaufheizung läßt sich eine kleinere Heizleistung von 666 W,
1 kW oder 2 kW einstellen. Im erstgenannten li!all liegen alLe drei Heizkörper in
Reihe. Im zweitgenannten Fall liegen zwei Heizkörper in Reihe tmd der
dritte
Heizkörper ist überbrückt. Bei einer Heizleistung von 2 kW arbeitet nur einer der
Heizkörper.
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Das Umschalten von der Reihenschaltung auf die Sternschaltung ist
in der Praxis problerilatisch, da l'hasenkurzschlüsse entstehen können. Es sind
deshalb zwei Schaltschütze mit gegenseitiger Verriegelung und Sinschaltverzögerung
erforderlich.
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Bei anderen Warmwasserbereitern sind zur Vereinfachung des Umschaltens
vier Heizkörper vorgesehen. Zum einen erhöht dies den Bauaufwand. Zum anderen sind
vier Heizkörper schwerer an dem vorgesehenen IIeizflansch anzuordnen als drei Heizkörper.
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Die Elektrizitätversorgungsunternehmen bestimmen die Dauer von Niedertarifzeiten.
Im Regelfalle beträgt diese Dauer 4 oder S Stunden. Am Ende dieser Zeit soll der
HeiBwasserbereiter auf seine Solltemperatur aufgeheizt sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Warmwasserbereiter der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, bei dem die li,inzelleistungen der Heizkörper entsprechend
den Niedertarifzeiten so ausgelegt sind, daß sich ein Inreiheschalten der Heizkörper
erübrigt.
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Erfindungsgemäßen ist obige Aufgabe bei einem ~Xarmwasserbereiter
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, da die Nennleistungen wenigstens zweier
der Heizkörper im
Verhältnis zweier Niedertarifeinschaltdauern stehen,
daß diese beiden Heizkörper je für sich wahlweise anschaltbar und beide zusammen
mit dem dritten Heizkörper über das Schalt schütz einschaltbar sind und daß in allen
Schaltstufen jeder Heizkörper mit einem Fol am Nulleiter des ITetzes liegt. Stehen
beispielsweise zwei verschiedene Miedertarifzeiten beim Verhältnis von 2 : 1, dann
wird für den einen Heizkörper eine doppelt so große Nennleistung gewählt wie für
den anderen Heizkörper. Ist die kürzere Niedertarifzeit vorgegeben, dann schaltet
der Installateur den leistungsstärkeren der beiden Heizkörper an das Netz. Ist die
längere Niedertarifzeit vorgegeben, dann wird der leistungsschwächere Heizkörper
an das Netz geschaltet. Jeder Heizkörper für sich bringt in der jeweiligen Niedertarifzeit
den Warmwasserbereiter auf Solltemperatur. Ein Inreiheschalten von Heizkörpern braucht
nicht zu erfolgen.
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Die drei Heizkörper haben trotz unterschiedlicher Leistungen gleiche
geometrische Abmessungen. Die spezifische Oberflächenbelastung (W/cm2) des Heizkörpers
mit der kleineren iieizleistung ist dadurch kleiner als die des leist:un'sstänkeren
Heizkörpers. Dies ist günstig, da dann die Gesamt-Oberflächenbelastung (Wh/cm²)
während der jeweiligen Niedertarifzeit bei beiden Heizkörpern gleich groß ist. Dies
vereinheitlicht die Lebensdauern der Heizkörper. Es kann also davon ausgegangen
werden, daß einer der Heizkörper eines Warmwasserbereiters, der an einem Netz mit
kurzer Niedertarifzeit betrieben wird, nicht früher ausfällt als einer der Heizkörper
eines
Warmwasserbereiters, der an einem Netz mit längerer Niedertarifzeit
betrieben wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung stehen die zwei leistungskleineren
Heizkörper im Verhältnis der Niedertarifeinschaltdauern. Der dritte Heizkörper ist
dann der leistungsgrößte. Er kann die gleichen geometrischen Abmessungen wie die
anderen Heizkörper haben, da er nur kürzer als die beiden anderen Heizkörper und
erfahrungsgemäß seltener eingeschaltet wird. Seine Gesamtoberflächenbelastung bleibt
dabei trotz höherer spezifischer Oberflächenbelastung im Rahmen der Gesamtoberflächenbelastung
der beiden anderen Heizkörper.
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Vorzugsweise sind die unterschiedlichen Nennleistungen der Heizkörper
dadurch erreicht, daß in dem mantel des Heizkörpers mittlerer Heizleistung geometrisch
gleichen mänteln Heizwendeln mit kleinerer bzw. größerer Heizleistung eingesetzt
sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung stehen, die Nennleistungen
der Heizkörper im Verhältnis 3 : 2 : 1.
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weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Fs,rfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und den
Unteransprüchen.
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In der Zeichnung zeigen: figur 1 einen elektrischen Schaltplan eines
Warmwasserbereiters mit Anschlußleiste,
Figur 2 die Anschlußleiste
mit dreiphasiger Beschaltung bei Umschaltmöglichkeit zwischen 1 ki und 6 kW, Figur
3 die Anschlußleiste mit dreiphasiger Beschaltung bei Umschaltmöglichkeit zwischen
2 kW und 6 k, Figur 4 die Anschlußleiste mit zweiphasiger Beschaltung bei Umschaltmöglichkeit
zwischen 1 kW und 4 kW, Figur 5 die Anschlußleiste mit zweiphasiger Beschaltung
bei Umschaltmöglichkeit zwischen 2 krw und 4- kW, Figur 6 die Anschlußleiste mit
einphasiger Beschaltung bei UmschaltmöglichIeit zwischen 1 kW und 4 kW und figur
7 die Anschlußleiste mit einphasiger Beschaltung bei Umschaltmöglichkeit zwischen
2 kW und 4 kW.
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in Warmwasserbereiter weist drei elektrische Heizkörper 1, 2 und 3
auf Der Heizkörper 1 hat eine Nennleisturz von 1 kW, die Nennleistung des Heizkörpers
2 beträgt 2 kW und die des Heizkörpers 3 3 kW. Die Heizkörper 1, 2 und 3 weisen
die gleichen geometrischen
Abmessungen auf. Sie unterscheiden sich
also nur durch die Heizwendel, die in den Mantel des jeweiligen Heizkörpers eingebettet
ist. Solche Heizkörper sind auch in Serienfertigung einfach herzustellen. Die geometrischen
Abmessungen der Heizkörper sind so ausgelegt, daß der Heizkörper 2 eine spezifische
Oberflächenbelastung von 5,5 W/cm² hat. Dementsprechend beträgt dann die spezifische
Oberflächenbelastung des Heizkörpers 1 2,75 W/cm² und die des Heizkörpers 3 8,25
W/cm².
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Alle drei Heizkörper 1, 2 und 3 liegen mit ihrem einen Pol an einer
Islemme n, an die immer nur der Nulleiter K des Netzes angeschlossen is (vgl. Figur
2 bis 7).
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Es sind ein Temperaturregler 4 mit Kontakten 5,6 und 7 und ein Sicherheitstemperaturbegrenzer
8 mit Kontakten 9, 10 und 11 vorgesehen. Außerdem weist der Warmwasserbereiter ein
Schaltschütz 12 mit Kontakten 13, 14, 15, 16 und 17 auf. Das Schaltschütz 12 ist
mittels eines Drucktastenschalters 18 zu schalten. Parallel zum Heizkörper 3 ist
eine Signallampe 19 geschaltet.
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Der Heizkörper 1 liegt über die Kontakte 5, 9 und 14 an einer Klemme
U. nur liegt weiterhin über die Kontakte 5, 9 und 10 an einer Klemme a.
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Der zweite Pol des Heizkörpers 2 ist über die Kontakte 6, 10 und 15
mit einer Klemme V verbunden. ßr liegt außerdem über die Kontakte 6 und 10 und den
Kontakt 17 an einer Klemme b.
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Der zweite Pol des Heizkörpers 3 ist über Kontakte 11 und 16 mit einer
Klemme W verbunden.
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An der Klemme W liegt über den Kontakt 7 das Schaltschütz 12, welches
andererseits mit der Klemme n und der Klemme c verbunden ist. Der Drucktaster 18
liegt zwischen der Klemme c und der Klemme n.
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In Figur 1 ist diejenige Stellung der Kontakte dargestellt, bei der
je nach der Beschaltung (Figur 2 bis 7) der Heizkörper 1 oder der Heizkörper 2 an
Spannung gelegt werden können. Das Schaltschütz 12 ist abgefallen.
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Wird der Drucktastenschalter 18 betätigt, dann zieht das Schaltschütz
12 an. Die Kontakte 13, 14, 15 und 16 schließen. Der Kontakt 17 öffnet. Der Kontakt
13 dient als Selbsthaltekontakt für das Schaltschütz 12. Ist die Solltemperatur
erreicht, dann öffnen die Kontakte 5 und 6, so daß die Heizkörper 1 und 2 abgeschaltet
werden. Außerdem öffnet der Kontakt 7, wodurch das Schaltschütz 12 abfcllt.
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Stellt sich eine Übertemperatur ein, dann öffnen die Kontakte 9, 10
und 11, so daß alle Heizkörper abgeschaltet werden.
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Bei der Beschaltung nach Figur 2 sind die klemmen U, V, W mit den
Phasen R S, T des Netzes verbunden. Zwischen der phase R und der Klemme a liegt
ein kontakt 20 eines Schaltrelais 21, das von einem Niedertariffreigabekontakt 22
betätigt wird. Während der Niedertarifzeit
ist der Kontakt 20 geschlossen.
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Die Beschaltung nach Figur 2 ist vorgesehen, wenn die Niedertarifzeit
8 Stunden beträgt. Während der Niedertarifzeit ist dann der Heizkörper 1 an Spannung
geschaltet, so daß mit einer Leistung von 1 kTJ geheizt wird.
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Wird während oder außerhalb der Niedertarifzeit der Drucktastenschalter
18 betätigt, dann liegen alle crei Heizkörper 1, 2 und 3 an Spannung, so daß mit
einer Leistung von 6 kW schnell aufgeheizt wird.
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Bei der Beschaltung nach Figur 3 liegt der Kontakt 20 zwischen der
Phase S und der Klemme b. Während der Niedertarifzeit liegt damit der Heizkörper
2 an Spannung, so daß mit einer Leistung von 2 kW geheizt wird. Diese Beschaltung
ist für den all vorgesehen, daß die Niedertarifeinschaltdauer 4 Stunden beträgt.
Wird während oder außerhalb der Niedertarifzeit der Drucktastenschalter 18 bedient,
liegen alle drei Heizkörper 1, 2 und 3 an Spannung, so daß mit einer Leistung von
6 kW geheizt wird.
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Bei den Beschaltungen nach den Figuren 4 und 5 liegen die Phasen R
und T an den Klemmen U bzw. W. Bei cler Beschaltung nach Figur 4 ist der h:ontakt
20 zwischen die Phase R und die Klemme a geschaltet. Bei geschlossenem Kontakt 20
liegt der Heizkörper 1 an Spannung, so daß mit einer Leistung von 1 kW geheizt wird.
Wird der Drucktastenschalter 1 8 betatigt, dann liegen die Heizkörner 1 und 3 an
Spannung, so daß mit einer Leistung von 4 kW geheizt wird.
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Bei der Beschaltung nach Figur 5 liegt der Kontakt 20 zwischen der
Phase ;' und der Klemme b. Es wird bei geschlossener, kontakt 20 also mit einer
Leistung von 2 kW geheizt. Wird während oder außerhalb der Niedertarifzeit der Drucktastenschalter
18 betätigt, dann öffnet der Lontakt 17, so daß der Heizkörper 2 abgeschaltet wird.
Durch das Schließen der Kontakte 14 und lo sind jetzt die Heizkörper 1 und 3 eingeschaltet,
so daß der Warmwasserbereiter mit einer Leistung von 4 kW beheizt wird.
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Bei den Beschaltungen nach den Figuren 6 und 7 liegt die Phase R an
der Klemme U. Die Klemme U ihrerseits ist mit der Klemme W verbunden. Bei der Beschaltung
nach figur 6 liegt cier Kontakt 20 an der Klemme a. Die Leistungen bei er Beschaltung
nach iigur 6 gleichen der der Beschaltung nach Figur 4.
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Bei der Beschaltung nach Figur 7 liegt der Kontakt 20 an der Klemme
b. Die Heizleistungen bei der Beschaltung nach Figur 7 gleichen denen bei der Beschaltung
nach Figur 5.
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jJie folgende Tabelle faßt den Zusammenhang zwischen der Niedertarifeinschaltdauer
NT-ED der Leistungen der Heizkörper und deren Oberflächenbelastung zusammen.
| Heiz Heiz- Heiz- |
| körper 1 körper 2 körper 3 |
| N '1) 8 h 1t h 2,66 b |
| Leistung 1 kW 2 kW 3 kW |
| spezifische 2 2 9 |
| Oberflächen- 2,75 W/cm 5,5 |
| belastung |
| Gesamt- |
| Oberflächen- 22 Wh/cm² 22 Wh/cm² 22 Wh/cm² |
| belastung |
Wie der Tabelle zu entnehmen, hat der Heizkörper 2, dessen Leistung auf die kürzere
Niedertarifzeit ausgelegt ist, eine Gesamt-Oberflächenbelastung während der Niedertarifzeit
von 22 Wh/cm². )ie gleiche Gesamt-Oberflächenbelastung hat der Heizkörper 1, dessen
Leistung auf die längere Niedertarifzeit ausgelegt ist, Eine Gesamt-Oberflächenbelastung
von 22 Wh/cm² ergäbe sich für den Heizkörper 3 bei einer Niedertarifeinschaltdauer
von 2,66 h. Die angegebenen Zahlenwerte sind nur Beispielsangaben. Sie lassen sich
für Warmwasserbereiter mit größerem oder kleinerem Leistungsbedarf entsprechen umrechnen.
Gleiches gilt für etwaige andere Niedertarifeinschaltdauern. Wenigstens zwei der
I-teizkörPerleistungen sind umgekehrt proportional zu zwei Niedertarifeinschaltdauern.
Ist eine dritte Niedertarifeinschaltdauer
vorgesehen, dann läßt
sich die beschriebene Schaltung entsprechend abändern.
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Soll das Schaltschütz 12 ferngesteuert eingeschaltet werden können,
dann kann bei allen Beschaltungen ein Fernsteurschalter 23 zwischen den Nulleiter
N und die Klemme c gelegt werden.