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Temperaturregler für Gleichstrom Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler
für Gleichstrom mit einstellbarem Sollwert, vorzugsweise für Heißwassergeräfie,
beruhend auf dem Prinzip der durch die Temperaturänderung bedingten Bewegung eines
Wärm@eausdehnungsgliedes, das in Verbindung mit einem Hebelwerk die Stromunterbrechung
gegen die Kraftwirkung eines-Magneten bewirkt.
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Bekannt sind mit Magneten ausgerüstete Temperaturregler für Gleichstrom,
bei denen. die eich bei Wärmeaufnahme ausdehnende Flüssigkeit eine vorgespannte
Springfederm:embran betätigt, deren Springbewegung über einen einfachen, wegvergrößernden
Winkelhehel zur Stroimunterbrechung ausgenutzt wird. Diese Regler sind jedoch nicht
einstellbar. Bei diesen bekannten Reglern ist zur Hervorbringung der erforderlichen
Schaltarbeit ein erhebliches Flüssigkeitsvolumen erforderlich. Die dadurch hervorgerufene
thermische Trägheit ist für manche Anwendungszwecke -sehr störend.
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Die Lebensdauer eines solchen Temperaturreglers hängt von der Schaltzahl
und diese insbesondere von der Dauer und der Größe des Lichtbogens ab, der sich
bei der Stromunterbrechung zwischen den voneinander abhebenden Kontakten ausbildet.
Entsprechend der von der Lichtbogengröße und -dawer abhängigen thermischen Belastung
der Kontakte werden diese mehr oder weniger abgenutzt und damit
schneller
bzw. langsamer bis zur Funktrans Untauglichkeit zerstört.
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Blasmagnete, schnelle Kontakttrennung (große Schaltkraft), besonders
in Verbindung mit nachfolgend schneller Zurücklehnung großer Kontaktwege, sind geeignete
Mittel, die unerwünschte Wirkung des Lichtbogens weitgehend zu vermindern.
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Vom e inem optimal arbeitenden Temperaturregler für Gleichstrom muß
verlangt werden großer Kontaktdruck, großer Schaltweg, große Schaltgeschwindigkeit.
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Da durch den Wärmeausdehnungsvorgang allein nur verhältnismäßig wenig
Arbeit abgegeben werden kann, sind diese drei Punkte nicht ahne weiteres erfüllbar.
-Die Forderung nach dem großen Kontaktdruck bedeutet, daß die @Wärmeausdehnungsbewegung
nur wenig übersetzt sein darf, während die Forderung nach dem großen Schaltweg und
der großen Schaltgeschwindigkeit :eine große Übersetzung verlangt. Diese drei Forderungen
in .einem System zu vereinigen, ist das Ziel der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem ein Hebelwerk so ausgebildet
ist, daß eine kleine übersetzung im Eingriff ist, solange der Schalthebel den den
Kontaktdruck hervorrufenden Anzugskräften eines Magneten ;ausgesetzt ist. Sobald
der Schalthebel .diesem Bereich verlassen hat, :erfolgt selbsttätig :eine Umschaltung
auf größere Übersetzung, d.li. ,auf Schnellgang.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die besondere Ausbildung der
Hebeleinrichtung in der Weise, daß der Schalthebel, schlagartig einen großen Schaltweg
zurücklegt und infolgedessen sofort nach Erreichen seines Maximalausschlages wieder
in Richtung des Gegenkontaktes zurückschlägt und in :einem im Verhältnis zum Maximalausschlag
kleinen Abstand vor dem Gegenkontakt steh enbleibt, wodurch ein Teil der Kontaktarnnäherungswegstrecke
bis zum Wieder-einschalten vorweggenommen wird.
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Die Kontaktannäherungswegstrecke ist aber eine lineare Funktion der
Temperaturabnahme des auf möglichst konstanter Temperatur zu haltenden Gefäßinhaltes.
Somit ist für die Zurücklegung der Reststrecke auch nur eine um das Temperaturäquivalent
des Rückganges vom Maximalausschlag zur Endstellung verringerte Temperatarabnahme
nötig, d. h., die Schalttemperaturdifferenz wird aus der Funktion des Schalters
heraus herabgesetzt.
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Die Wirkungsweise eines nach der Erfindung arbeitenden Hebelsystems
sei im folgenden Unter Zuhilfenahme der in den Fig. i bis 4 dargestellten Arb:eitsphaisen,
in Verbindung mit dem in Fig.5 und 6 gezeigten Temperaturregler, näher erläutert.
Arbeitsphase Fig. i und 5, 6 Bei steigender Temperatur wird durch die Bewegung des
hohlen Wärm@eausdehnungsgliedes 1 der unten in diesem befestigte Invarstab 2 - relativ
gesehen - in dasselbe hineingezogen und betätigt dabei deal. um die im Gehäuse 3
gelagerte Achse I beweglichen Winkelhebel 4, dessen langer Arm 5 über das Zwischenstück
6 die Thermokraft auf der: Sch:althebe17 überträgt. Dieser Schalthebe17 trägt an
seinem freiem Ende den mit dem (Magnet) Anker 8 verbundenen isolierten Kontakt 9,
der auf dem in einer keramischen Brennkammer i o angeordneten Gegenkontakt i i durch
den von dem Magnet 12 angezogenen Anker 8 gedrückt wird. Die Brennkammer i o und
der Magnet 12 sind auf der Isolationsfestplatte 13 montiert, auf der auch die Anschlußklemme
14 mit dem metallischen Festkörper 15 mechanisch und elektrisch verbunden ist sowie
die Anschlußklemme 16 mit der @elektrischen Verbindung (nicht gezeichnet) zu Gegenkontakt
i 1.
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Der Schalthebel? ist noch mit einem Anschlag 17 und weiterhin mit
dem ihm zugeordneten und mit ihm durch die Achse II verbundenen Umsetzhebel 18 versehern.
Beide Hebel sind darüber hinaus durch die Druckfeder i g verbunden.
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Der so, angelenkte Umsetzhebel 18 ist weiterhin auf der Schneide 20
gelagert, gegen die rer sich bei Kraftübertragung beim Andrücken des Schalthebels
7 abstützt und infolgedessen sich mit seinem freien Ende auf den Festanschlag 2
i gegen die Wirkung der Druckfeder r9 zu bewegt.
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Axbeitsphase Fig. 2 und 5, 6 Bei der weiteren Bewegung des Schalthebels
7 - infolge der Ausdehnung dies Wärm:eaus.dehnungsgliedes i - dreht sich der Ums.etzbehel
18 um die bei der Schalthebielauslenkung mitwandernde Achse II und an der Schneide
20 (unter gleichzeitiger Verschiebung des beweglich gelagerten Schalthebels 7 in
.seiner Längsrichtung). Während seiner Drehung drückt der Umsetzhebel 18 mit seinem
freien Ende gegen den Festanschlag 21 und spannt dabei weiter die Druckfeder ig.
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Auf den Schalthebel? wirken jetzt zwei Kräfte, die der Magnetanziehungskraft
auf den am entgegengesetztem Ende des Schalthebels 7 befindlichen Anker.8entgegenstehen.
Einerseits ist dies die in der Druckfeder.- i g zwischenzeitlich gespeicherte Kraft,
andererseits die vom Zwischenstück 6 übertragene Thermokraft.
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Arbeitsphase Fig. 3 und 5, 6 Im weiteren Verlauf des Vordringens des
Zwischenstückes 6 lösen diese Kräfte die Ankertrennung und damit die Trennung des
Kontaktes 9 vom Gegenkontakt i i aus, wobei der Schalthebel 7 sich um die Achse
II weiter dreht. Dabei bewegt sich der Anschlag 17 auf den Umsetzhiebel 18 zu und
trifft auf diesen. In diesem Augenblick erfolgt die Umschaltung auf :eine größere
Übersetzung. Die bisher freie Armlänge a des Schalthebels 7 wird uni dem Betrag
b sprungartig vergrößert, da durch Druck des Anschlages 17 auf den Umsetzhebei der
Festanschlag 21 vollkommen entlastet wird, wobei sich der Umsetzhebiel jetzt im
:entgegengesetzten Sinne um die Schneide 2o dreht.
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Arbeitsphase Fig. 4 und 5, 6 Die sich über den Schalthebel 7 auf das
Zwischenglied 6 abstützende Druckfeder i gentspannt
schlagartig
und dreht dabei den Umsetzhebel 18 weiter um die Schneide 2o, wobei diese Bewegung
über die Achse II auf den Schalthebel 2o übertragen wird.
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Der mit dem Schalthebel 7 verbundene und den Kontakt 9 tragende Anker
8 überwindet so den notwendigen. großen Kontaktweg entsprechend der Hebelarmvergrößerung
b .schneller. Dabei erfolgt die Zurücklegung des Kontaktweges (nach der unter großer
Kraft erfolgten Trennung des Ankers vom Magnet) in dem :entstandenen Luftspalt unter
weit geringerer und mit der Luftspaltvergrößerung noch weiter abnehmenden Magnetkraft.
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Der zugleich als Blasmagnet ausgeführte Magnet 12 trägt dazu bei,
den Lichtbogen noch schneller abreißen zu lassen. Bei der schlagartigen Entspannung
der Druckfeder i9 federt diese über ihre Nullage laus, und der dadurch betätigte
Schalthebel 7 ierneicht an seinem Kontakt 9 den für den Abschaltvorgang notwendigen
Abstand vom Gegenkontakt i i, wenn die Druckfeder i9 in ihrem Umkehrpunkt steht.
Durch den anschließenden Rückgang :der Druckfeder i 9 und des. mit ihr indirekt
über .das Teil 18 verbundenen Schalthebels 7 in die Nullage wird ein gleich großer
Teil der Kontaktannäherungsstrecke bis zum Wiedereinschalten (Berühren des Kontaktes
9 mit dem Gegenkontakt i i) vorweggenommen, wodurch die Schalttempleraturdiferenz
um eignen entsprechenden Gradbetrag verringert wird. Die weitere Rückführung des
Schalthebels 7 bis zum Wiedereinschalten erfolgt sinngemäß ,auf dem umgekehrten
Wege mit Unterstützung der Rückholfeder 22.
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Die Schalttemperatur läßt sich beispielsweise durch Verändern der
Länge des Zwischenstückes 6 zwischen dem langen Arm 5 und dem Schalthebel 7, mit
bekannten Mitteln verstellen. Das W.ärmeausdehnungsglied i betätigt dann über den
Invarstab 2 den Winkelhebel q., 5 und löst .den Schaltvorgang, entsprechend dem
eingestellten Wert, früher oder später aus.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, die Fig. 7, 8 und
9: Die zuvor beschriebene Arbeitsweise ist dieselbe bis zum Zwischenstück 6, das
bei Temperaturzunahme über die Schneidenlagerung 24 und Hebel 25 die am letzteren
befestigte weiche Feder 26 vorspannt, welche mit ihrem freien Ende lose geführt
wird an dem angezogenen Anker 8, der auf dem Schalthebel 7 sitzt.
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Durch <he Bewegung des Hebels 25 wird andererseits gleichzeitig
die im Zwis,chenübersetzungshebe127 gelagerte weniger elastische Feder 28 gespannt,
bis sie in .der :der Abschalttemperatu(r entsprechenden Lage so viel Energie gespeichert
hat, daß sie über den Zwischenhebel 27 am Unterstützum;gspunkt 29 .dem Schalthebel
7 den Impuls zurr Ankertrennung vom Magnet 12 und damit zur Trennung des Kontaktes
9 vom Gegenkontakt i i in der Brennkammer i o geben kann.
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Nach der hierbei ,erfolgten Entspannung der weniger elastischen Feder
28 beginnt die hierbei erst zu .einem geringen Teil entspannte weiche Feder 26 ihre
eigentliche Arbeit, nämlich den Schalthebel 7 schlagartig vom Gegenkontakt i i weiter
zu entfernen.
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Hierbei erfolgt wieder die im vorigen Beispiel beschriebene Schwingung
des Schalthebels, so daß auch bei dieser Konstruktion eine geringe Temperaturschaltdifferenz
erreicht wird. Die Rückholfeder 22 und- Schalttempieratureinsmellmöglichkeit sind
auch hier vorhanden bzw. gegeben.