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Vorrichtung zum selbsttätigen Zu- und Abschalten eines Nebenstromkreises
in Abhängigkeit von der Belastung des Hauptstromkreises Die Erfindung bezieht sich
auf elektrische Stromverteilungsanlagen, die wenigstens aus einem Hauptstromkreis
und einem Nebenstromkreis untergeordneter Bedeutung bestehen und mit einem Regler
versehen sind, der den Nebenstromkreis selbsttätig von jeder Stromzufuhr abschneidet,
sobald der Stromverbrauch im Hauptstromkreis einen gewissen Mindestwert überschreitet.
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Der Zweck der Erfindung ist, die Vorrichtung zum selbsttätigen Abschalten
des Nebenstromkreises, also den sogenannten Regler, zu verbessern und die bisher
gebräuchlichen, magnetisch wirkenden Regler durch thermostatische Regler zu ersetzen.
Der thermostatische Regler hat gegenüber dem magnetischen, insbesondere in der Ausführung
gemäß dieser Erfindung, wesentliche Vorteile. Einerseits wäre hervorzuheben, daß
ein Regler gemäß der Erfindung wesentlich sicherer bzw. zuverlässiger wirkt als
ein. magnetischer Regler, und andererseits wäre auch noch hervorzuheben, daß es
ohne weiteres möglich ist, den thermostatischen Regler auf eine Amperezahl einzustellen,
die bedeutend geringer ist als die möglicherweise bei stärkster Belastung des Hauptstromkreises
für letzteren in Frage kommende größte Amperezahl. Die besonderen Kennzeichen der
Erfindung sind, daß der Thermostat aus einem bimetallischen Streifen und einer in
den Hauptstromkreis direkt eingeschalteten Widerstandswicklung besteht, die um den
bimetallischen Streifen herumgewickelt ist und letzteren durch die bei einer bestimmten
Belastung des Hauptstromkreises -entwickelte Wärme so beeinflußt, daß der Nebenstromkreis
von untergeordneter Bedeutung selbsttätig von jeder Stromzufuhr abgesperrt wird.
Sobald der thermostatische Regler den Nebenstromkreis abschaltet, schließt er die
im Hauptstromkreis liegende Widerstandswicklungkurz, so daß jede übermäßige Belastung
bzw. Erhitzung der Widerstandswicklung und jede durch eine derartige Erhitzung der
Widerstandswicklung mögliche Beeinträchtigung des gesamten Reglers vermieden ist,
andererseits aber auch durch Ausschaltung der durch die Widerstandswicklung bedingten
Verluste wesentlich an Strom gespart wird.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt.
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Abb. i ist das Schaltungsschema einer die Erfindung verkörpernden
elektrischen Heizanlage.
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Abb.2 ist ein Schnitt durch die auf Temperatur
ansprechende
Schaltvorrichtung nach der Linie 2-2 der Abb.3 in Richtung der Pfeile gesehen.
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Abb.3 ist die Oberansicht auf die auf Temperatur ansprechende Schaltvorrichtung,
und Abb. q. ist der Querschnitt nach der Linie .-a der Abb.3, gesehen in Richtung
der Pfeile.
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In. der Zeichnung ist die Erfindung meiner Anwendungsform bei, einer
Heizanlage in Verbindung mit einem eine primäre Last bi1-ctenden Verbrauchsnetz
i o gezeichnet, Die sekundäre Last wird von einem :elektrischen Wassererhitzer i
i gebildet; offensichtlich könnte das Verbrauchsnetz auch zusaiumen mit anderen
elektrischen Vorrichtungen benutzt werden, die in gleichartiger Weise betrieben
werden sollen. Das Verbrauchsv;etz und der Wassererhitzer werden von einem Stromlieferungskreis
12 aus gespeist; die elektrischen Verbindungen werden durch Handschalter 13 und
14 hergestellt. Es kann entweder das Verbrauchsnetz oder der Wassererhitzer als
auch beide durch :einen auf Temperatur ansprechenden Ausschalter gesteuert werden.
Für gewöhnlich wird der Wasserererhitzer von einer auf Temperatur ansprechenden
Vorrichtung gesteuert, die ihn abschaltet, wenn das Wasser im Behälter bis auf eine
vorgeschriebene Temperatur erhitzt worden ist, und ihn wieder :einschaltet, wenn
die Wassertemperatur bis ;zu einem zugelassenen Minimum sinkt. .Im vorliegenden
Falle wird der Kreis des Wassererhitzers ebenfalls durch eine auf Temperatur ansprechende
Vorrichtung, nämlich ein. thermisches Relais 15, gesteuert, . jedoch derart, daß,
wenn an idie Lieferungsquelle 12 eine im voraus bestürmte Verbrauchsnetzlast angehängt
ist, der Wassererhitzer abgeschaltet wird.
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Diese auf Temperatur ansprechende Schalt vorrichtungenthält einen
Thermostaten, bestehend aus :einem Zweimetallstreifen16, dessen. eines Ende an einem
auf einem isolierenden. Tragkörper 18 angebrachten Bock 17 befestigt ist. Bei Verbiegung
des Streifens infolge von Temperaturveränderungen bewegt sich das freie Streifenerde
zwischen zwei auf dem Tragkörper 18 angebrachten elektrischen Kontakten i g und
2o. Der Tragkörper ist zweckmäBigaas Schiefer oder einem ähnlichen Isolationsstoff
angefertigt. Die beiden ortsfesten Kontakte sind bei der gezeichneten Ausführung
auf den Enden von Stellschrauben angebracht, so daß ihre gegenseitige Lag-, verändert
werden kann. Der Kontakt i g ist an einer Stütze 21 befestigt. Umfür rasches Abs,chnapp.en
des freien Streifenendes bei der Bewegung vom einen Kontakt zum anderen zu sorgen,
ist eine Feder 22 vorgesehen, die sich gegen das Streifenerde und gegen ein. festes,
auf dem Tragkörper 18 befestigtes Schnöden leger 23 legt. Die Feder 22 ist so angeordnet,
daß eine seitliche Komponente ihrer Kraft, d. h. eine lotrechte Komponente, dahin
strebt, das Streifenerde entweder mit dem einen oder mit dem anderen von den ortsfesten
Kontakten in Berührung zu erhalten. Wenn das Ende des Streifens sich vom einen oder
anderen Kontakt wegbewegt, so nähert es sich einer neutralen Stellung, bei, welcher
der Federdruck unmittelbar gegen das Ende des Streifens ausgeübt wird. In dieser
neutralen Stellung ist' keine lotrechte Komponente des Federdruckes vorhanden; bewegt
sich jedoch die Feder in der einen oder anderen. Richtung hinter diese Stellung,
so tritt eine lotrechte Komponente auf, die dahin strebt, den Streifen nach dem
gegenüberliegenden Kontakt hinzubewegen. Es ist zu beachten, daß, wenn der Streifen
den einen oder den anderen Kontakt ver1,äßt, die dieser Bewegung widerstehende lotrechte
Komponente des Federdruckes bis zur neutralen Stellung bin rasch abnimmt, worauf
sie in der entgegengesetzten Richtung rasch zunimmt, mit dem Ergebnis, daß der Streifen
plötzlich von der einen Stellung in die andere hinüberschnappt. Bei der gezeichneten
Ausführung hat- -die Feder 22 die Gestalt eines umgekehrten U ; indessen
kann jede geeignete Druckfederform benutzt werden.
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Den Streifen 16 umgibt eine Heizwicklung, d. h. ein Widerstand 2q.,
der bei der gezeichneten Ausführung aus verhältnism,äßmg steifem, der Erhitzung
Draht, z. B. aus einer Chrom - Nickel - Legierung, angefertigt sein kann. Das eine
Ende dieser Wicklung 2¢ ist an dem oberen Kontakt i9 angeschlossen. Die Verbindung
selbst ist mittels einer Klemmschraube 25 hergestellt, durch welche die Stütze 2
i am Tragkörper 18 befestigt ist. Der elektrische Kreis geht von der Klemme
7,5 durch die Stütze 21 zum oberen Kontakt. Das gegenüber befindliche Ende
der Heizwicklung ist an dem Bock 1 7 angeschlossen, auf welchem das eine Ende des
Streifens befestigt ist, ist also elektrisch mit dem einen Ende des Thermostaten
verbunden. Die lichten Maße der Heizwicklung 24 sind so gewählt, daß der Streifen
sich bis zur Berührung mit dem einen oder dem anderen der beiden Kontakte i9 und
2o frei auf und ab zu bewegen vermag, ohne de Heizwicklung zu berühren. Die Heizwicklung
2q. befindet sich, wie aus Abb. i .ersichtlich, im Kreise des Verbrauchsnetzes i
o. Eine Leitung 26 führt vom einen Pol der Speiseleitung 12, zu einem Verbindungsansatz
z7, der elektrisch an die Schraube 25 angeschlossen
ist, und eine
Leitung 28 führt vorn. Bock 17 zum Umschalter 13. Der andere Pol der Speiseleitung
12 ist durch eine Leitung 29 mit dem Umschalter 13 verbunden. Die auf Temperatur
ansprechende Vorrichtung ist so eingerichtet, daß, wenn .eine im voraus bestimmte
Verbrauchsnetzbelastungangehängt ist (welche die gesamte Verbrauchsnetzbelastung
sein kann, obgleich auch der Fall gemeint ist, daß sie nur einen Bruchteil hiervon
beträgt, die Heizwicklung 24 den Thermostaten hinreichend erhitzt, um ihn zu veranlassen,
nach oben bis zur Berührung mit dem Kontakt 19 zu schnappen. Wird -die Verbrauchsnetzbelastung
abgeschaltet oder sinkt sie unter einen im voraus festgesetzten Betrag, so kühlt
sich der Thermostat ab und kehrt in seine Grundstellung, zurück, bei welcher er,
wie gezeichnet, den unteren Kontakt 2o berührt. Die Grundstellung ist dadurch bestimmt,
daß der zweimetallische Streifen so gestaltet ist, daß er sich mit der Federspannung
gegen den unteren Kontakt legt. Die Tätigkeit des Thermostaten steuert den Anschluß
des Wassererhitzers mittels eines Schalters 3o, der durch eine Magnetwicklung 31
gestellt wird. Das eine Ende der Magnetwicklung ist elektrisch durch eine Leitung
32 an den unteren Kontakt 2o angeschlossen; der Anschluß ist mittels einer Schraube
33 hergestellt, die den unteren Kontakt trägt. Das andere Ende der Magnetwicklung
ist durch eine Leitung 34 an die Leitung 29 angeschlossen, die zur- Speiseleitung
führt. Der Schalter 3o öffnet und schließt eine Verbindung zwischen der Leitung
29 und dem von Hand zu stellenden Schalter 14. Vom Schalter 14 führt eine Leitung
26a zum zweiten Pol der Speiseleitung. Daher ist aus der Zeichnung zu entnehmen,
daß, wenn das Verbrauchsnetz abgeschaltet wird und die Temperatur-Kontrollvorrichtung
sich in ihrer Grundstellung befindet, die hiagnetwicklung 31 an die Speiseleitung
12 angeschlossen und der Schalter 3o durch die Wicklung 31 in der Schließstellung
erhalten bleibt. Der Strom für die Wicklung geht von der Speiseleitung durch die
Leitung a9, die Leitung 34, die Wicklung 31, die Leitung 32 zum beweglichen Ende
des Thermostaten, durch den Thermostaten und von da durch die Heizwicklung 24 und
die Leitung 26 zurück zur Speiseleitung. Unter diesen Voraussetzungen kann der Wassererhitzer
nach Wunsch mittels des Schalters 14 ein#Mchaltet werden. Bewegt sich der Thermostat
nach Anhängung einer im voraus festgesetzten Verbrauchsnetzbelastung nach oben,
so wird der Kreis der Magnetwicklung 31 durch Trennung des Thermostaten vom unteren
Kontakt 2o unterbrochen. Dies ermöglicht es dem Schalter 3o, den Wassererhitzer,
falls er eingeschaltet war, abzuschalten, und verhindert, daß er mittels des Schalters
14 eingeschaltet wird, solange die festgesetzte Verbrauchsnetzbelastung angeschlossen
ist. Nach Fallen der Verbrauchsnetzb;elastung auf den festgesetzten Betrag erzeugt
die Heizwicklung nicht mehr genügend Hitze, um den Thermostaten in seiner oberen
Stellung zu erhalten; daher kühlt sich der Thermostat ab und bewegtsich nach unten,
um wieder den Kontakt 2o zu erfassen. Dadurch wird der Schalter 3o geschlossen,
wodurch der Wassererhitzer wieder an den Speisekreis angeschlossen wird, vorausgesetzt,
daß sich der Schalter 14 in der Schließstellung befindet.
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Es ist zu beachten, daß der Thermostat, wenn er sich mit dem Kontakt
i 9 in Eingriff setzt, einen durch ihn selbst gehenden Stromkreis schließt, da sich
ja der Thermostat im Nebenschluß zur Heizwicklung 24 befindet. Da der Thermostat
einen viel kleineren Widerstand hat als die Heizwicklung, so nimmt er einen größeren
Teil des Verbrauchsnetzstromes auf, wodurch Überheizung der Wicklung 24 verhütet
wird. Dies ist eine wichtige Eigentümlichkeit, wie daraus erhellt, daß @cjer Thermostat
so eingestellt werden kann, daß er arbeitet, wenn eine Verbrauchnetzbelastung von
5 Ampere angehängt ist, während die gesamte Verbrauchsnetzbelastung, die zeitweilig
angehängt sein kann, 35 Ampere oder mehr betragen kann. Kühlt sich infolge der Nebenschließung
eines Stromes durch den Thermostaten die Heizwicklung 24 ab, so strebt der Thermostat
dahin, sich nach unten zu bewegen und den oberen Kontakt zu verlassen. Es ist aber,
wenn dies vorkommt, zu beachten, daß die Heizwicklung unmittelbar in den Verbrauchskreis
eingeschaltet ist und den Thermostaten wieder erhitzt, bis die Erhitzung ihn veranlaßt,
zum oberen Kontakt zurückzukehren. Es empfiehlt sich, den oberen Kontakt 19 viel
weiter weg von der neutralen Lage einzustellen als denunterenKontakt, so,daß der
Thermostat sich vom oberen Kontakt ein wenig wegbewegen kann, ohne vollständig zum
unteren Kontakt 2o hinüberzuschnapp.en. Daher wirkt der Thermostat, solange der
festgesetzte Betrag an Verbrauchslast angehängt ist, zusammen mit dem oberen Kontakt
in dem: Sinne, daß die Heizwicklung wechselweise ein- und abgeschaltet, jedoch der
untere Kontakt nicht berührt wird.
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Um Veränderungen der Temperatur in der Umgebung auszugleichen, ist
hilfsweise ein zweimetallischer thermostatischer Stab 3 5 vorgesehen. Das eine Ende
dieses Stabes ist auf dem Tragkörper 18 mittels einer Schraube 36 befestigt und
das andere an den Thermostaten 16 mittels eines in seiner Länge einstellbaren Lenkers
37 angeschlossen. Diese
beiden Thermostaten sind so eingerichtet,
daß sie gegensinnig arbeiten. Eine Temperaturerhöhung, die dahin strebt, dien Thermostaten
16 zu einer Aufwärtsbewegung zu veranlassen, hat auf den Thermostaten 3 5
den entgegengesetzten Einfluß, nämlich das Bestreben, ihn zu einer Abwärtsbewegung
zu veranlassen,, und ' dieses Abwärtsstreben des Thermostaten 35 gleicht das Aufwärtsstreben
des Thermostaten 16 genau aus. Umgekehrt veranlaßt eine Abnahme der Umgebungstemperatur
den Thermostaten 16 zu einer Abwärtskrümmung und wird durch die entgegengesetzte
Spannung. des Thermostaten 35 ausgeglichen. Diese Ausgleichwirkung des Thermostaten
3 5 ist eine derartige, daß der Thermostat 16 jedesmal,- wenn eine von der
Heizwic'kl.ung 24 verursachte Überschreitung einer -festgesetzten Temperatur vorkommt,
arbeitet, ohne Rücksickt auf die Temperatur der Umgebungsluft; infolgedessen. schaltet
der Thermostat jedesmal, wenn die festgesetzte Verbrauchsbela.-stung auftritt, den
Wassererhitzer- ab.