DE507300C - Elektrische Regelungseinrichtung, insbesondere fuer elektrische Heiz- und Kochgeraete - Google Patents

Description

Es ist bekannt, magnetische Schalter, die verhältnismäßig große Ströme schalten, durch kleine Magnetschalter zu betätigen, beispielsweise bei der sogenannten Schützensteuerung. Diese Methode hat aber den Nachteil, daß auch die Auslöseschalter für den Magneten des Hauptschalters verhältnismäßig groß sein müssen, insbesondere da sie verhältnismäßig große Schaltabstände haben müssen, weil das Abschalten von Magneten wegen ihrer Selbstinduktion immer mit Funkenbildung verbunden ist; anderseits hat die Verwendung von Magneten für die Hauptschalter große Vorteile, denn sie sind einfach, billig und betriebssicher.

Nun ist es aber einleuchtend, daß es unter Umständen für die Genauigkeit der Regelung von großer Bedeutung ist, mit kleinen Schaltabständen arbeiten zu können, was an Hand

ao eines Wärmeauslöseschalters nach Abb. 1 erläutert sei.

In Abb. ι sei 1 ein Messingstab, der in den Eisenbügel 2 bei 3 eingenietet ist. Der Eisenbügel trägt bei 4 eine isoliert eingesetzte Kontaktschraube. Bei Erwärmung dehnt sich das Messing mehr aus als das Eisen und berührt bei einem bestimmten Temperaturgrad die Spitze des Kontaktstiftes 4. Die Längenänderungen des Messings sind sehr klein.

Nun zeigt es sich aber, daß ein solcher Schalter trotzdem mit größter Exaktheit zwischen zwei sehr engen Temperaturgrenzen aus- bzw. einschaltet, wenn eine Reihe von Bedingungen erfüllt ist. Die Energie, die geschaltet wird, muß klein sein. Die Kontakte müssen aus Edelmetall bestehen und dürfen nicht verschmutzen, insbesondere auch nicht durch Funken angegriffen werden. Treten Funken auf, so bilden sich mikroskopische Schmelzperlen, die die Abstände verändern und dadurch die Temperatureinstellung, bei der der Schalter anspricht, vollkommen verschieben. Dies tritt besonders dann in Erscheinung, wenn die Abmessungen des Wärmeschalters und damit der gesamte Schaltweg klein sind. Es ist aber für solche Thermoschalter häufig von grundlegender Wichtigkeit, daß sie so klein \vie irgend möglich sind, da bei gewissen Apparaten gerade an einer ganz bestimmten, nicht sehr ausgedehnten Stelle die Wärme konstant gehalten werden muß bzw, da größere Thermostaten schon allein durch ihre große Wärmekapazität die Wärmeverhältnisse ändern.

Dasselbe gilt von einem Kontakt, der gemäß Abb. 2 von einer Membran 5 geschlossen wird. Wird in dem Druckgefäß 6 der Druck nur ganz minimal geändert, so genügt dies zum Schließen und Öffnen des Kontaktes 7. Durch einen derartigen Kontakt kann man eine Verschiebung von wenigen Hundertsteln von Millimetern feststellen bzw. hierdurch Relaiswirkungen ausüben. Um nun für den Kontakt die erforderlichen Bedingungen zu schaffen, soll derselbe gemäß der Erfindung einen nur sehr schwachen Heizstrom für einen kleinen Wärmeschalter schließen und öffnen.

Der Heizwiderstand ist eine vollkommen induktionsfreie Belastung. Die Energie kann kleiner als bei einem Magneten sein, da der Magnet seine Leistung in Bruchteilen einer Sekunde abgibt, während die Heizspule einige Sekunden oder länger wirken kann. Die Verwendung des Wärmerelais hat noch den Vorteil, daß die Betätigung ebensogut durch Gleichstrom wie durch Wechselstrom erfolgen

ίο kann. Einer der wesentlichsten Vorteile gegenüber der direkten Betätigung des Magneten durch den empfindlichen Fühlkontakt des Auslöseschalters ist der folgende:

Bei kleinen Erschütterungen kann der Fühlkontakt schnelle Stromunterbrechungen hervorbringen. Ein Magnet würde in diesem Fall anfangen zu klappern und auch evtl. das von ihm wieder betätigte Relais zum Klappern und dadurch zu häufigen Stromunterbrechungen bringen, die die Kontakte abnutzen, während die Magnetschalter unangenehme Geräusche verursachen. Besonders störend würde sich dies bei Wechselstrom bemerkbar machen, da dieser auch ohne Kontaktunterbrechung in den Magneten ein brummendes Geräusch hervorruft. Der Wärmeschalter bringt dagegen weder bei Wechselstrom noch bei Kontaktunterbrechungen Geräusche hervor; auch schließt und öffnet er den Relaiskontakt nicht bei jedem Schließen und öffnen des Auslösewärmeschalters. Die Vermeidung des Klapperns oder Brummens solcher Kontakte ist besonders wichtig, wenn derartige Reguliereinrichtungen in bewohnten Räumen Verwendung finden.

Die Abb. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, in welchem noch eine Reihe von Anordnungen vorgesehen sind, welche im Zusammenhang mit dem Haupterfindungsgedanken den Endzweck möglichst vollkommen erreichen, der darin besteht, bei möglichst geräuschlosem Gang der Apparate mit minimaler Temperatur- oder Druckregelung, also mit geringfügigen Regelenergien und kleinsten Regelapparaten, möglichst große Schaltleistung möglichst exakt und schnell zu bewältigen.

In Abb. 3 bedeutet 8 einen Auslöseschalter. Durch Biegen des Doppelmetallstreifens 9 unter dem Einfluß der Wärme wird bei 10 ein Kontakt geschlossen. Der Auslöseschalter 8 kann auch durch einen der an Hand der Abb. ι oder 2 beschriebenen Apparate oder andere Apparate ersetzt werden. Er kann kleinste Abmessungen erhalten.

Dieser Auslöseschalter schließt einen Strom, der folgendermaßen verläuft:

Vom Pol 11 des Netzes führt er zu der

Heizwicklung 12 des Wärmerelais 13, welche auf den Doppelmetallstreifen 20 aufgebracht ist, von dort zum Auslöseschalter 8, über die Leitung 14 zur Heizwicklung 16 des Hilfswärmerelais 15, welche auf dem Doppelmetallstreifen 19 aufgebracht ist, und über den Kontakt 17 dieses Hilfswärmerelais zum anderen Pol 18 des Netzes. Das Wärmerelais 13 trägt zwei Kontakte 21 und 22, welche zum Hauptschalter 23 führen, und eine kleine Druckfeder 24 mit fein angeschliffenen Spitzen 25 und 26.

Der Hauptschalter 23 ist folgendermaßen aufgebaut: Der Kontakt 27 öffnet und schließt den den Heizwiderstand 28 durchfließenden Hauptheizstrom, der von den Netzpolen 11 und 18 seinen Strom erhält. Der Kontakt 27, der an dem Hebel 29 befestigt ist, wird geschlossen, wenn der Magnet 31 erregt wird, wodurch der Anker 30 gegen die Kraft der Feder 32 angezogen wird. Der Hebel 46 hat den Zweck, den Hebel 29 in der Einschaltstellung zu arretieren, was an der Stelle 33 geschieht. Wird der Hebel 46 durch den Magneten 34 entgegen der Zugkraft der Feder 35 angezogen, so wird die Arretierung gelöst. Ist der Relaiskontakt 22 des Wärmerelais 13 geschlossen, so fließt der Strom vom Pol 11 über die Leitung 36 zum Punkt 37, an den sowohl die Heizwicklung 12 als auch der Doppelmetallstreifen 20 angeschlossen ist, über die Leitung 38 zum Magneten 31 und über den Kontakt 40, den Hebel 46, die Leitungen 41 und 42 zum Pol 18. Ist dagegen der Kontakt 21 des Wärmerelais 13 geschlossen, so fließt der Strom von Pol 11 über Leitung 43 zum Magneten 34, über Leitung 45 und den Kontakt 44, Hebel 29 und Leitung 42 zum Pol 18.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende:

Hat sich der Auslöseschalter 8 geschlossen, 1.00 so fließt in den beiden Heiz wicklungen 12 und 16 ein Strom; die beiden Doppelmetallstreifen 20 und 19 werden erwärmt; dadurch biegt sich zunächst der Streifen 20 nach links aus, wodurch der Kontaktstift 21 mit dem Pol 11 verbunden wird; der Magnet 34 erhält Strom und zieht Hebel 46 an. Dieser gibt dadurch den Hebel 29 frei, der durch die Feder 32 nach links gezogen wird, so daß der Hauptheizwiderstand ausgeschaltet wird. Gleichzeitig öffnet der Hebel 29 den Kontakt 44, wodurch der Magnet 34 stromlos und auch der Kontakt 21 von Strom entlastet wird. Durch Heben des Hebels 46 war der Kontakt 40 geschlossen worden. Da sich das obere Teil 33 des Hebels 29 unter das Stück 42^s des Hebels 46 gelegt hat, so bleibt der Kontakt 40 auch nach Ausschalten des Magneten 34 noch geschlossen. Die Ausschaltung des⁵ Steuerstromes durch den Kontakt 44 hat den Vorteil, daß der Magnet 34 nicht warm wird, da er nur einen Bruchteil einer

Sekunde eingeschaltet bleibt. Er kann daher wesentlich kleiner dimensioniert bzw. spezifisch höher belastet werden. Man kann ihn sogar so ausführen, daß er für iioVolt gebaut ist, aber auch bei 220 Volt verwendet werden kann, so daß für alle dazwischenliegenden Spannungsbereiche nur ein einziger Apparat notwendig ist. Ferner brummt der Magnet 34 auch bei Wechselstrom nicht. Das Wichtigste ist aber, daß an dem Wärmerelais 13 nur Schließkontakte, aber keine Öffnungsfunken auftreten, so daß auch diese Kontakte verhältnismäßig hoch belastet werden können. Schaltet der Auslöseschalter 8 wieder aus, so kühlt sich der Wärmestreifen 20 wieder ab und bewegt sich nach rechts, schließt Kontakt 22, Magnet 31 erhält Strom, zieht den Hebel 29 an, schließt den Hauptkontakt 27, so daß der Hauptheizwiderstand 28 wieder

ao Strom erhält. Gleichzeitig fällt der Hebel 46 ein und arretiert den Hebel 29 in der gezeichneten Stellung; der Kontakt 40 wird geöffnet. Der Kontakt 22 und der Magnet 31 werden stromlos, was die schon oben für Magnet 34

a5 angeführten Vorteile hat. Die wechselseitige Ausschaltung zweier Kontakte 40 und 44 ist an sich nicht neu; jedoch hatte man die Auslöseschalter 8 mit zwei Kontakten ausgerüstet. Dies hat aber den großen Nachteil, daß das von der Wärme oder vom Druck betätigte Organ einen wesentlich größeren Weg machen muß, nämlich den von der Ausschaltung auf der einen Seite zur Einschaltung auf der anderen Seite. Hierdurch wird die Empfindlichkeit des Apparates ganz wesentlich verschlechtert. Neu ist dagegen die Zwischenschaltung eines Wärmerelais mit zwei Kontakten. Hierdurch werden die vorstehend angeführten Vorteile erreicht ohne den Nachteil der ungenaueren Regelung.

Der Wärmeschalter 15, der im Beispiel der Abb. 3 mit seiner Heizwicklung mit der des Wärmeschalters 13 in Serie geschaltet ist, wird in seinen Dimensionen mit denen des Wärmeschalters 13 zweckmäßig fast übereinstimmend gemacht, auch der Widerstand der Wicklungen sei der gleiche. Nur wird der Wärmeschalter 15 derart eingestellt, daß seine Ausschalttemperatur höher liegt als diejenige Temperatur, bei der der Wärmeschalter 13 ausschaltet.

Schaltet nun der Auslöseschalter 8 ein, so werden die beiden Streifen der Wärmeschalter 13 und 15 erwärmt. Nach einer gewissen Zeit schlägt der Streifen 20 des Wärmeschalters 13 nach links über. Der Streifen 19 des Wärmeschalters 15 hebt erst etwas später von Kontakt 17 ab, wenn seine Temperatur auf die bei ihm höhere Abschalttemperatur gestiegen ist. Bis dahin hat sich auch der Streifen 20 noch höher erwärmt. Beim Abheben des Kontaktes 17 werden die beiden Heiz wicklungen 12 und 16 stromlos und kühlen ab. Hierdurch wird der Kontakt 17 wieder geschlossen, während der Streifen 20 unverändert liegenbleibt. Wäre der Schalter 15 nicht vorhanden, so würde der Streifen 20 immer weiter geheizt. Würde man nun die Beheizung verhältnismäßig schwach machen, so würde die Anheizperiode lange Zeit in Anspruch nehmen, was den Reguliervorgang verzögert und verschlechtert, würde man dagegen die Heizung zu stark machen, so würde die Heizwicklung zu lange Zeit brauchen, um wieder abzukühlen, und evtl. sogar beschädigt werden.

Man könnte nun unter Weglassung des Schalters 15 die Anordnung so treffen, daß durch Einschalten eines Widerstandes in Serie mit der Heizwicklung 12 mittels Kontakten, die am Hebel 46 angebracht sind, der Strom in der Heizwicklung 12 nach dem Überschalten des Schalters 13 auf den Kontakt 21 in der Heizwicklung so weit verkleinert wird, daß die Temperatur des Doppelmetallstreifens 20 nicht weiter steigt, sondern nur so hoch bleibt, daß der Schalter dauernd mit einer gewissen Kraft nach links, also auf den Kontakt 21 gedrückt wird. Der Schalter, der die Heizwicklung in Serie mit dem Heizwiderstand 12 legt, müßte so angeordnet sein, daß er beim Heben des Hebels 46 geschlossen wird. Dies beseitigt die vorangegebenen Nachteile, die darin bestehen, daß der Streifen 20 des Schalters 13 zu heiß wird. Noch vorteilhafter aber ist die in Abb. 3 dargestellte Anordnung, und zwar aus folgendem Grunde:

Da die Raumtemperatur sich ändert, so muß bei einer bestimmten Beheizung sich auch die Temperatur des Doppelmetallstreifens 20 ändern. Um also bei allen möglichen Raumtemperaturen sicher zu sein, daß der Doppelmetallstreifen 20 bei Beheizung mit Strom sicher auf dem Kontakt 21 liegenbleibt und nicht abschaltet, muß die am Streifen 20 entstehende Temperatur auch bei niedrigster Raumtemperatur noch hoch genug sein. Hierbei entsteht die Gefahr, daß bei höherer Raumtemperatur die Temperatur des Doppelmetallstreifens und der Heizwicklung so hoch wird, daß die Isolation der Heizwicklung schon Schaden leidet. Die in der . Abb. 3 angegebene Schaltung hat dagegen den Vorteil, daß sie unabhängig von der Raumtemperatur arbeitet. In den Stromkreis der Heizwicklung 12 des Schalters 13 ist, wie aus der Abbildung hervorgeht, ein zweiter Thermoschalter 15 mit der Heizwicklung 16 eingeschaltet. Die beiden Heizwicklungen 16 und 12 werden daher immer gleichzeitig vom Strom durchflossen. Nun wird der Tempe-

raturschalter 15 so eingestellt, daß er bei einer etwas höheren Temperatur schaltet als der Schalter 13. Er läßt also durch die Heizwicklung 12 und 16 immer einen so hohen Strom durch, daß sich der Schalter 13 bei geschlossenem Kontakt 10 immer auf einer Temperatur hält, die ein Zurückschalten nach rechts zum Kontakt 22 verhindert. Da die beiden Schalter 13 und 15 immer in demselben Raum liegen, so ist diese Anordnung unabhängig von der Raumtemperatur. Auch braucht die Temperatur nur wenig über der zu liegen, die den Schalter 13 dauernd auf .dem linken Kontakt 21 festhält, da der Schalter 15 diese Temperatur ziemlich genau einstellt. Auch kann die Heizung im Verhältnis zu dem kleinen Schaltorgan und dem kleinen Streifen 20 verhältnismäßig hoch sein, so daß eine schnelle Anheizung und damit schnelle ao Regulierung bewirkt wird, da eine Überhitzung durch den Schalter 15 unter allen Umständen durch zu lange Anheizzeit vermieden wird. Dabei ist die Heizenergie bei den äußerst kleinen Abmessungen, welche die Schalter 13 und 15 haben können, noch so klein, daß sie von dem Kontakt 10 noch leicht beherrscht wird, denn schon etwa 10 Watt Heizung bedeutet für die kleinen Thermoschalter sehr große und schnell wirkende Heizenergien. Da nach der Schaltung nach Abb. 3 die Begrenzung der Höchsttemperatur unabhängig von der Raumtemperatur ist und daher keine Sicherheitszuschläge wegen wechselnder Raumtemperatur gemacht werden brauchen, so kann bei der Schaltung nach Abb. 3 die eingestellte Abschalttemperatur des Wärmeschalters 13 verhältnismäßig niedrig sein, wodurch er schnell zum Abschalten kommt. Diese beiden Momente sind für den Reguliervorgang von ganz grundlegender Bedeutung, denn erstens wird hierdurch die benötigte Heizenergie klein, was aus den vorstehend angeführten Gründen für den Auslösekontakt 8 und damit für die Genauigkeit der Regulierung von ausschlaggebender Bedeutung ist; zweitens aber wird die Zeitdauer, die zwischen Einschalten bzw. Ausschalten des Stromes in der Heizwicklung 12 und dem Überschlagen des Streifens 20 liegt, klein. Es ist bekannt, daß ein Zeitverlust in jedem Reguliervorgang eine wesentliche Rolle spielt, so daß auch mit Rücksicht auf diesen Gesichtspunkt die angegebene Schaltung eine wesentliche Verbesserung darstellt.

Die Feder 24 ist an dem Wärmeschalter 13 angebracht, um ein momentanes Schalten zu erreichen, wodurch die zulässige Schaltleistung vergrößert wird, und um zweitens schon beim ersteh Einschalten einen gewissen Kontaktdruck zu haben, was denselben Zweck verfolgt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Regelungseinrichtung, bei der kleinste Temperatur-, Druckänderungen oder andere Größen einen elektrischen Auslösekontakt betätigen, insbesondere für elektrische Heiz- und Kochgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kontakt einen Magnetschalter durch Vermittlung eines zwischengeschalteten, mit schwachem Strom betriebenen Wärmeschalters steuert.

2. Elektrische Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschalter nach Betätigung durch die Wärme direkt oder durch den von ihm gesteuerten Magneten einen Kontakt derart beeinflußt, daß die ihm zugeführte elektrische Heizung geschwächt wird.

3. Elektrische Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Heizwicklung des Wärmeschalters die Heizwicklung eines zweiten Wärmeschalters zusammengeschaltet ist, der bei Erwärmung den gemeinsamen Heizstrom abschaltet und so einreguliert ist, daß er bei höherer Temperatur ab- und zuschaltet, als derjenigen, bei welcher der erste Wärmeschalter schaltet.

4. Elektrische Regelungseinrichtung '- nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmeschalter zwei Kontakte trägt, von denen der eine bei Erwärmung, der zweite bei Abkühlung eingeschaltet wird, und daß der eine einen Einschaltmagneten, der andere einen Entsperrungsmagneten schließt und daß 1°° der Einschaltmagnet durch einen Kontakt am Entsperrungsmagneten und der Entsperrungsmagnet durch einen Kontakt am Einschaltmagneten abgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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