DE6931099U - Elektrisches bauelement - Google Patents

Description

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PATE NTANWX LTE j DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHO^ WAi-D f DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER j ' DIPL-C^EM. CAROLA KELLER DR.-IN^. KLOFSCH ! _; KDLNI₁DEICHMANNHAUs '

Köln, den 5. 8. 1969 !

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Elektro-Heiztechnik GobH, 41 Duisburg-Hamborn, K&iser-Wilhelm-Str. 308

Elektrisches Bauelement

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement für die Leistungssteuerung elektrischer Heizungsanlagen.

Es sind zahlreiche Möglichkeiten zur Durchführung von Thermostatsteuerungen bei Heizungsanlagen bekannt. Derartige Steuerungen können beispielsweise mit Hilfe von Bimetallstreifen und/oder Kapilarrohren erfolgen, oder es können häufig schaltende Bimetallelemente verwendet werden, deren Schaltverhältnis einstellbar ist, und die von dem Heizstrom oder einem davon abgeleiteten Steuerstrom durchflossen werden. Durch die häufig erfolgende Ein= und Abschaltung des Laststromes werden sowohl die Bimetallelemente als auch die den Laststrom schaltenden Schütze stark beansprucht, so daß die normalerweise von der Anzahl der Schaltspiele abhängige Lebensdauer der Bauteile bei einer solchen Betriebsweise verhältnismäßig gering ist.

Ferner ist es bekannt, eine kontinuierliche Leistungsregelung durch Phasenanschnittsteuerung eines Thyristors oder einer Gleichrichterröhre vorzunehmen. Hierbei

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erfolgt eine Zündung des Gleichrichters während jeder Wechselstromperiode, und der Zündzeitpunkt kann durch eine geeignete Steuerschaltung festgelegt und beeinflußt werden. Da die Steuerung des Laststromes hierbei kontaktlos erfolgt, kann zwar mit einer größeren Lebensdauer der einzelnen Bauelemente gerechnet werden, die Anlage wird aber wegen der großen zu schaltenden Leistungen teuer und aufwendig.

Schließlich ist es bekannt, die Steuerung der Leistung über vorgewählte Zeiten mit einem Zeitschaltwerk vorzunehmen. Hierbei wird das Verhältnis von Anschaltzeit und Pausenzeit vorgewählt, und das Zeitschaltwerk schaltet den Laststrom dementsprechend ein oder ab. Eine Thermostatsteuerung, die die Heizleistung der jeweiligen Raumtemperatur anpaßt, ist damit noch nicht gegeben. Es muß vielmehr noch eine besondere Steuerschaltung vorgesehen sein, die das Sehaltverhältnis in Abhängigkeit von der Raumtemperatur verändert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungssteuerung elektrischer Heizungsanlagen in der Weise zu verbessern, daß einerseits eine lange Lebensdauer der einzelnen Schaltelemente gegeben, andererseits aber der technische Aufwand gegenüber vergleichbaren Steuerungen gering gehalten ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in seinem Körper aus schlecht wärmeleitendem Material ein Heizelement und ein temperaturabhängig schaltender Thermoschalter angeordnet ist.

Das Bauelement nach der Erfindung bewirkt ein ständiges Ein- und Abschalten des Laststromes, wobei die Anschalt-JO zeiten und Pausenzeiten aufgrund der thermischen Trägheit des Bauelementes so groß sind, daß die einzelnen Schaltelemente mit geringer Schalthäufigkeit betrieben werden. Bei Heizungsanlagen mit verhältnismäßig geringer

Heizleistung kann das Bauelement unmittelbar in den Laststromkreis eingeschaltet werden, und es dient hierbei unmittelbar als Leistungsschalter. Bei größeren Heizleistungen ist es aber sinnvoll, das Bauelement in einem der Last parallel geschalteten Steuerstromkreis einzusetzen und es mit einem den Laststrom schaltenden Schütz zu verbinden. Um den den Steuerstromkreis durchfliegenden Strom in seiner Höhe festlegen zu können, kann das Bauelement mit einem einstellbaren Vorw-iderstand in Reihe geschaltet sein. Die von der Heizung aufzubringende Leistung kann dann am Vorwiderstand eingestellt werden.

Das Heizelement ist in der Weise neben dem Thermoschalter angeordnet, daß es diesen thermisch beeinflußt. Das Heizelement kann elektrisch vom Thermoschalter getrennt sein, so daß die beiden Bauelemente in Jeweils unterschiedlichen Schaltkreisen liegen, die Bauteile können jedoch auch elektrisch hintereinandergeschaltet sein. Der Steuerstrom durchfließt dann sowohl das Heizelement als auch den Thermoschalter. Grundsätzlich ist es allerdings nur erforderlich, daß das Heizelement von Steuerstrom durchflossen wird.

Zweckmäßig ist als Thermoschalter ein Bimetall-Sprungkontakt vorgesehen. Hierbei erfolgt das Auftrennen der Leitung sprungartig, so daß die Gefahr von Funkenbildung herabgesetzt ist. Das Innere des schlecht wärmeleitenden Körpers kann auch ein Vakuum oder eine Schutzgasatmosphäre enthalten. Hierdurch wird die Lebensdauer zusätzlich erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt ein Schaltschema zur Verdeutlichung der Anwendung des Bauelementes,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Bauelement, und Fig. J5 zeigt den Birnetall-Sprungkontakt im Schnitt.

In Fig. 1 ist schematisch eine elektrische Heizungsanlage mit den Anschlußklemmen 1,2 dargestellt, die mit einem Bauelement nach der Erfindung gesteuert ist. Den Anschlußklemmen 1,2 ist ein Steuerstromkreis, der einen einstellbaren Vorwiderstand ;5 und das Bauelement 4 in Reihenschaltung enthält, parallel geschaltet. In dem Bauelement 4 befindet sich, eingebettet in eine wärmedämmende und temperaturbeständige Vergußmasse, ein Heizwiderstand 5 und ein Thermo-Sprungkontakt 6, deren Anschlußklemmen jeweils aus dem Gehäuse herausgeführt sind.

In der Schaltung nach Fig. 1 sind die beiden Bauteile 5,6 hintereinandergeschaltet, und ihr Verbindungspunkt ist über ein Schaltschütz 8 mit dem Potential der Klemme 2 des Laststromkreises 11 verbunden. Das Schütz 8 schaltet einen im Laststromkreis liegenden Hauptschalter Q, der zum Zwecke der Funkenlöschung von einem Kondensator 10 überbrücket ist. Der Verbraucher, in diesem Fall die elektrische Heizung, ist mit 7 bezeichnet. Sie ist zwischen Klemme 1 und dem Hauptschalter 9 in den LastStromkreis 11 eingesetzt.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der Schaltung näher erläutert. Die gezeichneten Sehaltersteilungen (Schalter geschlossen, Schalter 9 geöffnet) entsprechen dem Ruhezustand. Wird an die Anschlußklemmen 1,2 eine Spannung gelegt, so ist der Laststromkreis 11 wegen des geöffneten

j50 Schalters 9 zunächst noch unterbrochen. Es fUeßt ein Steuerstrom über den geschlossenen Thermoschalter 6, den

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Heizwiderstand 5 und den Vorwiderstand 3. Gleichzeitig fließt damit aber auch ein Strom von Klemme 1 über den Thermoschalter 6, das Schütz 8 nach Klemme 2, so daß das Schütz 8 anzieht und den Hauptschalter 9 schließt. Damit wird der Verbraucher 7 mit Strom versorgt und aufgeheizt. Der Stromfluß im LastStromkreis 11 dauert so lange an, bis der Heizwiderstand 5 das Innere des Bauelementes 4 bis auf eine Jsolche Temperatur erwärmt hat, daß die Sohaltschwelle des Thermoschalters 6 erreicht ist. Der Thermoschalter 6 öffnet dann, so daß sowohl der Strom durch den Vorwiderstand 3 als auch durch das Schütz 8 unterbrochen wird, und das Schütz abfällt. Der Hauptschalter 9 unterbricht hierdurch den Stromfluß in Last= Stromkreis 11. Da die Bauteile 5*6 des Bauelementes 4 in

, j- eine wärmeträge Masse eingebettet sind, baut flieh die Temperatur innerhalb des Bauelementes 4 nur langsam ab. Hat sie den unteren Schwellwert des Thermoschalters 6 unterschritten, so schließt dieser selbsttätig, so daß das Schütz 8 aufs neue erregt wird und der Hauptschalter 9 schließt.

Die von dem Heizwieterstand 5 abgegebene Heizleistung wird von dem am Widerstand 3 eingestellten Wert bestimmt. Damit kann die Anschaltzeit des Verbrauchers 7 praktisch am Widerstand 3 eingestellt werden. Die Pausenzeit ist ^^ron der Einstellung des Widerstandes 3 im wesentlichen unabhängig, da sie nur durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Bauelementes 4 und der Außentemperatur bestimmt wird^

Wird der Vorwiderstand 3 niederohmiger gestellt, so heizt der Heizwiderstand 5 das Innere des Bauelementes 4 schneller auf, und die von der Last 7 abgegebene Heizleistung wird verringert.

Bei hochohmiger Einstellung des Vorwiderstandes 3 heizt

der Heizwiderstand 5 das Innere des Bauelementes 4 langsamer auf, so daß die abgegebene Leistung über Last 7 vergrößert wird. In der Praxis hat sich eine Bemessung des Bauelementes 4 als sinnvoll erwiesen, mit der durch Verändern des Widerstandes 3 Pausenzeiten zwischen etwa 5 Minuten und 30 Minuten eingestellt werden können.

In Fig. 2 ist das Bauelement 4 dargestellt. Innerhalb eines zylindrischen an einer Strinseite offenen Mantels

IQ 13 aus einem festen Kunststoffmaterial sind innerhalb einer Vergußmasse 14 der Bimetall-Sprungkontakt 6 und der Heizwiderstand 5 angeordnet. Von Jedem der beiden Bauelemente führen Anschlußdrähte 15, 16 aus der vom Mantel 13 freigegebenen Stirnseite hinaus. Die beiden Bauteile 3,6 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Sie berühren sich nicht und sind jeweils allseitig von der Vergußmasse eingeschlossen. Die Wärmeträgheit der Vergußmasse beeinflußt daher die Schalthäufigkeit wesentlich. Auch der gegenseitige Abstand der beidenTeile 5,6 ist für die Schalthäufigkeit von Bedeutung.

In Fig. 3 ist ein Birnetall-Sprungkontakt 6 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Er besitzt ein im wesentlichen rhombisches zweiteiliges Gehäuse, dessen beide Kapseln 17,18 dicht abschließen. In Fig. 3 ist die obere Kapsel 18 abgenommen.

Auf einer Tragplatte 19 sind die mit den Zuleitungen verbundenen Kontakte 20,21 isoliert angebracht. Die Kapsel 17 ist unterhalb der Platte 19 mit einer Vergußmasse ausgefüllt. Die Platte 19 besitzt zwischen den ■jO Kontakten 20, 21 eine Erhebung 22, der eine weitere Erhebung 23 in der Mitte der oberen Kapsel 18 gegenüberliegt. Im montierten Zustand klemmen die Erhebungen 22, 23 den Bimetallstreifen 24 mittig ein. Im kalten Zu-

stand ist der Bimetallstrelfen, wie dargestellt, an den Seiten hochgebogen, so daß die Kontakte 25, 26 die Kontakte 20,21 nicht berühren. Bei Erwärmung des Bimetallstreifens 24 schlägt dieser bei Erreichen einer bestimmten Temperatur sprunghaft um, so daß die Kontakte 25, 26 an den Kontakten 20, 21 zur Anlage kommen, die Leitungen 15 werden so elektrisch miteinander verbunden. Die Achsenteile 17, 18 bestehen aus Metall und sind daher gut wärmeleitend.

Claims (5)

- 8 Anspruch e

1. Elektrisches Bauelement für die Leistungssteuerung elektrischer Heizungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Körper (13,14) aus schlecht wärmeleitendem Material ein Heizelement (5) und ein temperaturabhängig schaltender Thermoschalter (6) angeordnet

2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) und der Thermoschalter (6) hinsichtlich der Richtungen ihrer jeweils größten Abmessungen parallel ausgerichtet

3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Anschlußklemme des Heizelementes und von einer Anschlußklemme des Thermoschalters je eine eitung durch die Körperwand nach außen geführt ist, und daß zwei andere Anschlußklemmen von Heizelement und Thermoschalter untereinander verbunden sind. ,

4. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Anschlußklemmen des Heizelementes (5) und der beiden Anschlußklemmen des Thermoschalters (6) mit einer durch die Körperwand nach außen führenden Leitung (15,16) verbunden ist.

5. Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Thermoschalter ein Bimetall-Sprungkontakt vorgesehen ist. .