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Unterbrechereinrichtung für thermoelektrische Leitungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine aus einem metallischen Kontaktpaar bestehende Unterbrechereinrichtung
für thermoelektrische Leitungen, an die eineArbeitsvorrichtung, beispielsweise einThermomagnetventil
zum Steuern von Gasleitungen, angeschlossen ist.
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Bei den bisher bekannten Unterbrechereinrichtungen der genannten Art
führt ein Kontakt des Kontaktpaares einen auch bei anderen Unterbrecherkontakten
üblichen Arbeitshub aus, so daß die Kontaktflächen des Kontaktpaares zum Ausschalten
der an die betreffende elektrische Leitung angeschlossenen Arbeitsvorrichtungen
weit voneinander abgehoben werden. Die Anwendung dieser an sich bekannten Unterbrechereinrichtungen
bei thermoelektrischen Leitungen konnte bisher nicht voll befriedigen, da hier oft
innerhalb sehr geringer Schwankungen der auf die Unterbrechereinrichtung einwirkenden
Steuerkräfte die Ein- bzw. Ausschaltung erfolgen soll bzw. aus Sicherheitsgründen
erfolgen muß. Man war daher in der Regel gezwungen, zur Betätigung der Unterbrecherkontakte
verhältnismäßig empfindliche elektrische Übertragungsmittel (Relais) zu verwenden,
wodurch aber wieder dieUnterbrechereinrichtung verhältnismäßig teuer und störanfällig
wurde.
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Gemäß der Erfindung sind die bestehenden Mängel dadurch beseitigt
worden, daß die Ein-und Ausschaltung der von dem Thermostrom betriebenen Arbeitsvorrichtungen
lediglich durch Änderung des Schließdrucks zwischen den metallischen Kontaktflächen
der Unterbrechereinrichtung bewirkt wird, so daß auch in der Ausschaltstellung der
Unterbrechereinrichtung eine leitende
Verbindung zwischen den Kontaktflächen
des Kontaktpaares bestehen kann.
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Das Wesen der Erfindung besteht in der Erkenntnis, daß es bei Verwendung
von metallischen Unterbrecherkontakten für Thermostromleitungen zur praktischen
Unterbrechung des wirksamen Stromflusses und somit zurAusschaltung von durch den
Thermostrom betriebenen Arbeitseinrichtungen gar nicht erforderlich ist, die Thermostromleitung
vollständig zu unterbrechen. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß bei der verhältnismäßig
geringen Spannung bzw. Stromstärke von Thermostromleitungen lediglich durch Verringerung
des Schließdrucks zwischen den metallischen Kontaktflächen eines in der Leitung
eingeschalteten Unterbrecherkontaktpaares der Leitungswiderstand so 'stark erhöht
werden kann, daß infolge des entsprechend verminderten Stromflusses die vom Thermostrom
betriebene Arbeitseinrichtung, beispielsweise ein Elektromagnet, der im eingeschalteten
Zustand einen Anker festhält, mit Sicherheit ausgeschaltet wird.
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Durch die Erfindung ist daher eine einfache und billige Unterbrechereinrichtung
für thermoelektrische Leitungen geschaffen, die zuverlässig arbeitet und für alle
praktisch vorkommenden Bedingungen geeignet ist.
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Es sind zwar schon aus Kohle oder im wesentlichen aus Kohle bestehende
Unterbrechereinrichtungen bekannt, bei denen durch veränderlichen Druck auf die
Kohle oder das Kohlegemisch der Leitungswiderstand zur Ausführung von Schaltvorgängen
verringert oder erhöht wird. Derartige Einrichtungen sind jedoch für thermoelektrische
Leitungen ungeeignet, da sie ein verhältnismäßig empfindliches Übertragungsmittel
mit einem hohen inneren Widerstand darstellen, während man zur Leitung von Thermoströmen
nur besonders gute elektrische Leiter gebrauchen kann. Außerdem ist bei diesen bekannten
Unterbrechereinrichtungen mit Kohle als Schalt- bzw. Widerstandsmittel in der Regel
eine verhältnismäßig große Arbeitsleistung erforderlich.
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Die Unterbrechereinrichtung nach der Erfindung hat noch den weiteren
Vorteil, daß sie die Verwendung von solchen Übertragungsmitteln für die auf die
Kontakte einwirkende Steuerkraft ermöglicht, die bisher für diese Zwecke nicht brauchbar
waren, weil ihr Arbeitshub sehr gering ist.
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Soll beispielsweise als Steuerkraft für das Kontaktpaar eine veränderliche
Temperatur verwendet werden, so kann als Übertragungsmittel für die Steuerkraft
auch bei verhältnismäßig geringen Temperaturunterschieden ein längenveränderlicher
Wärmefühler benutzt werden, da schon eine sehr geringe Längenänderung des Wärmefühlers
genügt, um die gewünschte Schaltwirkung zu erzielen.
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Ferner kann man bei Verwendung des veränderlichen Drucks einer Gas-
oder Flüssigkeitsleitung als Steuerkraft eine Metallscheibe als Übertragungsmittel
verwenden. Bisher konnte man als Übertragungsmittel eines Gas- oder Flüssigkeitsdrucks
in der Regel nur Membranen aus Gummi, Leder od. dgl. verwenden, die aber infolge
Alterungserscheinungen und auch aus anderen Gründen im Betrieb schadhaft werden
konnten und außerdem auch für verschiedene Drucke jeweils andere Abmessungen haben
mußten. Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendbare Metallscheibe hat
dagegen eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer und kann bei verhältnismäßig geringen
und gleichbleibenden Abmessungen für weitgehend unterschiedliche Drucke verwendet
werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
und den Ansprüchen enthalten.
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Die Zeichnungen veranschaulichen drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Es zeigt Fig. i eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels, Fig.2 einen
Schnitt durch eine Unterbrecliereinrichtung mit einer Metallscheibe als Übertragungsmittel
der Steuerkraft nach Linie II-11 der Fig. 3, Fig.3 einen Schnitt nach Linie 111-11I
der Fig.2. Fig. 4 ein zweites, teilweise im Schnitt dargestelltes Ausführungsbeispiel
mit einem Wärmefühler als Übertragungsmittel der Steuerkraft und Fig. 5 ein drittes,
ebenfalls teilweise im Schnitt dargestelltes Ausführungsbeispiel mit einem Elektromagneten
als Übertragungsmittel der Steuerkraft. Das an sich bekannte :1nw endtingsbeispiel
nach Fig. i zeigt ein Thernioelenient i, welches im Betriebszustand der Anlage von
einer Gasflamme 2 beheizt wird. Die Kontaktstellen des Thermoelements sind durch
Leitungen 3 mit den Kontaktstellen einer Spule 4 verbunden, die auf einen beweglichen
Anker 5 einwirkt. Der Anker trägt einen Ventilkörper 6, der den Durchgang einer
Gasleitung 7 beherrscht. Durch einen verschiebbar gelagerten Stift 8 kann das Ventil
6 in die Otfenstellung gehoben werden. In dieser Stellung wird das Ventil gehalten,
solange (las Tliermoeleinent i von der Flamme 2 beheizt wird. Durch die Beheizung
des Thermoelements wird nämlich in an sich bekannter Weise ein Thermostrom erzeugt,
der die Spule 5 durchfließt, so daß die entstehenden magnetischen Kraftlinien denAnker
5 anheben bzw. den mit dem Ventil 6 angehobenen Anker 5 in der angehobenen Stellung
festhalten. Erlischt die Flamme, so hört die Thermostromerzeugung auf, worauf der
Anker mit dem Ventil in ihre Ausgangslage zurückfallen, so daß das Ventil die Gasleitung
absperrt. In einer der Leitungen 3 ist ein Unterbrecherkontaktpaar 9, io angeordnet,
dessen beweglicher Kontakt io von einem Wärmefühler i i gesteuert wird. Bei Überschreiten
einer bestimmten Temperatur hebt der Wärmefühler i i den beweglichen Kontakt io
von dem feststehenden Kontakt ab, so daß das Ventil 6 geschlossen wird, auch wenn
die Gasflamme 2 brennt. Sinkt die Temperatur, auf die der Wärmefühler i i anspricht,
wieder unter den Sollwert, so werden die Kontakte 9, io zusammengedrückt und der
Stromkreis geschlossen. Hierauf wird der Anker 5 von den wieder erzeugten
elektromagnetischen
Kraftlinien der Spule ,4 oder einer anderen geeigneten Hilfskraft wieder angehoben
und das Ventil 6 geöffnet, so daß das Gas durch die geöffnete Leituclg 7 beispielsweise
einem an diese Leitung angeschlossenen Brenner zuströmen kann. Die an die Gasleitung
7 angeschlossene Gasfeuerungsanlage od. dgl. wird somit durch den Wärmefühler i
i und (las Kontaktpaar 9, io in Abhängigkeit von einem gewünschten Betriebszustand
selbsttätig ein- und ausgeschaltet, wodurch das Anwendungsgebiet der ganzen Anlage
wesentlich erweitert und die Einrichtung weitgehend verschiedenartigenBetriebsbedingungen
angepaßt werden kann.
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Die Erfindung befaßt sich nun im wesentlichen mit der Unterbrechereinrichtung
9, io in der thermoelektrischen Leitung 3. Den Gegenstand der Erfindung veranschaulichen
die Fig. 2 bis 5.
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Die Fig.2 und 3 zeigen ein ringförmiges Gehäuse 12, das mit einem
abnehmbaren Deckel 13 und einer abnehmbaren Bodenplatte 14 versehen ist. Zwischen
der Bodenplatte 14 und dein Gehäuse 12 ist eine Metallscheil)e 15 eingespannt, welche
den Raum oberhalb der Scheibe 15 von dem unterhalb derselben (licht abschließt.
Die Bodenplatte hat eine durchgehende Bohrung 16, in deren mit Gewinde versehenem
Teil eine Gasleitung oder eine ein anderes gasförmiges oder flüssiges Druckmittel
führende Leitung eingeschraubt wird. Das Druckmittel wirkt auf die gesamte Unterseite
der Metallscheibe 15, «-elche so elastisch ausgebildet ist, daß sie den jeweiligen
Druck auf die mit der gegenüberliegenden Seite der Scheibe inBeriibrung stehenden
Schaltglieder usw. übertragen kann.
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Das Gehäuse 12 hat an gegenüberliegenden Stellen eingesetzte Buchsen
3o, durch welche die beiden Drähte der thermoelektrischen Leitung 3 in den Innenraum
des Gehäuses ein- und aus demselben herausgeführt werden kann.
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Der eine Draht der Leitung ist ohne Unter-Brechung durch das Gehäuse
hindurchgeführt (vgl. Fig.3), während der andere Draht unterbrochen und die beiden
Enden in Kontaktklemmen 17, 18 befestigt sind. Diese Klemmen sitzen in einem Tragstück
i9 und sind in geeigneter Weise gegeneinander isoliert. Das Tragstück selbst ist
auf einer aus Isoliermaterial bestehenden Scheibe 20 befestigt, die durch Schrauben
21 mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist. Das untere Ende der Klemme 17 ist mit dem
eitlen Ende einer beweglichen elektrischen Leitung 22 verbunden, deren anderes Ende
an der Stelle23 an einem in seinem Querschnitt U-förmigen Hebel 24 festgeklemmt
ist, der um einen Stift 25 schwenkbar gelagert ist. Der Stift ist in dem unteren
Ende eines Bolzens 26 befestigt, der seinerseits in dem Tragstück i9 sitzt. Gegen
das freie Ende des Hebels 24 liegt je eine Feder 27, 28 an. Die Lage des Hebels
24 kann durch eine im Steg dieses Hebels verstellbare Schraube 29 eingestellt werden,
deren durch den Hebel hindurchragendes unteres Ende in bewegungsschlüssiger Verbindung
mit der Metallscheibe 15 steht. Die Spannung der Feder 27 kann durch eine Schraube
43 eingestellt werden. Die Spannung der Feder 28 könnte ebenfalls durch geeignete
Mittel einstellbar sein.
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In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn das auf den Hebel 24 bzw.
die Schraube 29 einwirkende Übertragungsmittel der Steuerkraft mit einem zwischengeschalteten
elastischen Glied versehen ist, könnte man auf eine oder beide der Federn 27, 28
verzichten.
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Die Klemme 18 trägt an ihrem unteren Ende den feststehenden Kontakt
9 der Unterbrechereinrichtung. Der gegenüberliegende bewegliche Kontakt
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ist in dem Steg des Hebels 24 befestigt.
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Die Unterbrechereinrichtung nach Fig. 2 und 3 arbeitet folgendermaßen:
Solange das gasförmige oder flüssige Druckmittel gegen die Unterseite der Scheibe
15 wirkt, wird der Hebel 24 über den Stift 29 derart nach oben gedrückt,
daß die Kontaktflächen der Kontakte 9, io fest gegeneinander= gepreßt werden. Der
Thermostrom kann bei diesem Zustand in seiner vollen Stärke durch die Leitung3 fließen
und beispielsweise bewirken, daß das Gasventil 6 (Fig. i) in der Offenstellung gehalten
wird. Sinkt der Druck auf der Unterseite der Metallscheibe 15, so wird der Schließdruck
zwischen den Kontakteng, io mehr und mehr verringert. Dadurch steigt der Übergangswiderstand
in der Leitung 3, so daß das elektromagnetische Kraftfeld der Spule5 fortschreitend
verringert wird, bis es nicht mehr ausreicht, um den Anker 5 in seiner angehobenen
Stellung zu halten, dieser vielmehr in seine Ruhelage zurückfällt und das Ventil
6 in seine Schließstellung drückt. Steigt nun der auf die Unterseite der Scheibe
15 einwirkende Druck wieder, so werden auch die Kontakte 9, io wieder mit entsprechend
größerem Schließdruck gegeneinandergedrückt. Dadurch wird das elektromagnetische
Kraftfeld der Spule 5 entsprechend verstärkt, so daß der Anker 5 angehoben und das
Ventil 6 wieder geöffnet wird. Durch Ändern der Vorbelastung des Hebels 24 kann
die Unterbrechereinrichtung so eingestellt werden, daß bei Überschreiten einer jeweils
gewünschten Höhe des auf die Metallscheibe 15 einwirkenden Drucks das Ventil 6 geöffnet,
bei Unterschreiten einer bestimmten Druckhöhe dagegen geschlossen wird.
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Wie schon gesagt, besteht der wesentliche Erfindungsgedanke in der
Erkenntnis, daß zum Ausschalten des von dem Thermostrom betriebenen Elektromagnetventils
4, 5, 6 die leitende Verbindung zwischen den metallischen Kontakten 9, io nicht
unterbrochen werden muß. Hierdurch wird erreicht, daß man Übertragungsmittel verwenden
kann, die nur einen außerordentlich geringen Schaltweg ausführen, da man mit einem
Schaltweg von'/iooo llis 2/looomm mitSicherheit die gewiinschten Ein- und Ausschaltungen
erzielen kann. Außerdem kann man auch innerhalb sehr geringer Schwankungen der Steuerkräfte
(Druck, Temperatur od. dgl.) die gewünschten Ein- oder Ausschaltungen erzielen,
so daß die ganze Vorrichtung sich mit großer Genauigkeit den praktisch vorkommenden
Bedingungen anpassen kann. Nach erfolgtem Ausschalten der von dem Thermostrom betriebenen
Einrichtung
könnten die Kontakte 9, io beispielsweise in weiterer Auswirkung einer sich ändernden
Steuerkraft auch noch um einen geringfügigen Betrag voneinander abgehoben werden,
ohne daß der Erfindungsgedanke dadurch beeinflußt wird. Von Bedeutung ist lediglich
die Tatsache, daß die Ausschaltung der von dem Thermostrom betriebenen Einrichtung
erfolgt, wenn die nicht aus Kohle, sondern aus Metall bestehenden Kontakte 9, io
noch in leitender Verbindung miteinander stehen und noch mit geringem Schließdruck
aneinanderliegen.
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In den Fig. 4 und 5 sind die Gehäuse 12 im wesentlichen in Ansicht
dargestellt, da die innere Kontakteinrichtung mit der in den Fig.2 und 3 dargestellten
Einrichtung übereinstimmt. Bei den Fig. 4 und 5 ist von der im Gehäuse 12 befindlichen
Kontakteinrichtung lediglich das untere Ende der verstellbaren Schraube 29 dargestellt.
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Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist für solche Anlagen bestimmt, bei denen
eine veränderliche Temperatur als Steuerkraft herangezogen werden soll. An Stelle
der Metallscheibe (Fig. 2 und 3) ist daher in der Gewindebohrung der Bodenplatte
14 ein an sich bekannter, aus einem Rohr und einem Stab bestehender Wärmefühler
i i befestigt. Das Rohr verändert unter dem Einfuß der einwirkenden Temperatur seine
Länge, wodurch der Stab entsprechend verschoben wird. An dem durch die Bodenplatte
14 hindurchragenden Ende des Stabes ist ein Pufferungsglied31 angeordnet, das von
einer in dem Stabende angeordneten Feder 32 in seine obere Endlage gedrückt und
entgegen der Wirkung der Feder 32 in den Stab hineingeschoben werden kann. Das kopfförmige
äußere Ende 33 des Pufferungsgliedes liegt an dem unteren Ende der Stellschraube
29 an. Die Nachgiebigkeit der Pufferungseinrichtung 34 32, 33 kann durch Einstellen
der Spannung der Feder 32 veränderlich ausgebildet sein. Das Pufferungsglied 31
überträgt mit seinem kopfartigen Ende 33 die Bewegungen des Wärmefühlers i i über
die Stellschraube auf die Kontakteinrichtung. Die ganze Vorrichtung ist hier so
eingestellt, daß die Bewegungen des Wärmefühlers, der bei geringen Temperaturschwankungen
eine Längenänderung von nur 1/looo bis 2/looo mm ausführt, ausreichen, um die gewünschten
Änderungen des Schließdrucks zwischen den Schaltkontakten 9, 10 (Fig. 2)
herbeizuführen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist so ausgebildet, daß ein elektrischer
Strom als Steuerkraft verwendet werden kann. In die Gewindebohrung der Bodenplatte
14 ist hier ein Schraubkörper 34 eingeschraubt, der eine elektromagnetische Schalteinrichtung
trägt. Zu dieser Schalteinrichtung gehört ein Elektromagnet 35, der an einem mit
dem Schraubkörper 34 verbundenen Ansatz 36 befestigt ist und dessen Wicklungsenden
37 mit einer nicht näher dargestellten Stromquelle in Verbindung stehen. Gegenüber
den Polflächen des Elektromagneten 35 ist ein Anker 38 angeordnet, der mit einem
um eine Achse 39 schwenkbaren Hebel 40 verbunden ist. Das freie Ende des Hebels
40 liegt auf einer verstellbaren Schraube 41 auf, durch die der Abstand des Ankers
38 von den Polflächen des Elektromagneten 35 eingestellt werden kann. In der Nähe
seines Schwenkpunktes liegt der Hebel 40 gegen einen im Schraubkörper verschiebbar
geführten Stift 42 an, dessen durch die Bodenplatte 14 hindurchragendes Ende eine
mit dem entsprechenden Teil der Fig.4 übereinstimmende Pufferungseinrichtung 31,
32, 33 trägt.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 5 wird die Bewegung des Ankers 38 durch
einen Untersetzungshebel 40 auf den Stift42 übertragen. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß verhältnismäßig geringe elektromagnetische Kräfte zur Ausführung der
Schaltbewegungen genügen, so daß auch die elektromagnetische Einrichtung einfach
und billig ausgebildet werden kann.