EP0624237A1 - Schaltvorrichtung für durchlauferhitzer - Google Patents

Schaltvorrichtung für durchlauferhitzer

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Publication number
EP0624237A1
EP0624237A1 EP92903993A EP92903993A EP0624237A1 EP 0624237 A1 EP0624237 A1 EP 0624237A1 EP 92903993 A EP92903993 A EP 92903993A EP 92903993 A EP92903993 A EP 92903993A EP 0624237 A1 EP0624237 A1 EP 0624237A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching
switching device
water
flow
movable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92903993A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Hochleitner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gulf Energy Geraete GnbH
Original Assignee
Gulf Energy Geraete GnbH
Gulf Energy Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gulf Energy Geraete GnbH, Gulf Energy Inc filed Critical Gulf Energy Geraete GnbH
Publication of EP0624237A1 publication Critical patent/EP0624237A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
    • F24H9/2028—Continuous-flow heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/128—Preventing overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/219—Temperature of the water after heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/238—Flow rate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/37—Control of heat-generating means in heaters of electric heaters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/0006—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement of fluids or of granulous or powder-like substances
    • G01P13/0013—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement of fluids or of granulous or powder-like substances by using a solid body which is shifted by the action of the fluid
    • G01P13/002—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement of fluids or of granulous or powder-like substances by using a solid body which is shifted by the action of the fluid with electrical coupling to the indicating devices

Definitions

  • the invention relates to a switching device for instantaneous water heaters, with a sensor device for the flowing water assigned to a water flow line, to which a switching unit for a heating device provided for heating the water is connected.
  • instantaneous heaters are currently used, the switching device of which detects a pressure drop in the line through which water flows when an outlet valve (water tap) is opened and uses this to activate a switch or a switching unit for the water heating device in general .
  • a membrane e.g. made of rubber or metal sheet, on which a plunger is arranged, which e.g. switches a microswitch, a control circuit or contact pairs in the load circuit.
  • the membrane is loaded with static pressure on both sides via a return line in the rest position (with the outlet valve closed). In this rest position, the switching unit for the heating device is in the inactive position, so that the heating device is out of operation.
  • the outlet valve is opened, the static pressure falls on one side of the membrane, and a pressure difference arises on the membrane, so that the membrane is deflected and the tappet attached to it is adjusted. The desired switching process is then effected.
  • Such a membrane control is advantageous in that it provides a relatively high mechanical force for the switching process, so that several pairs of contacts can be switched, but it is disadvantageous that the arrangement with the membrane is complex because it requires a considerable size and therefore the pressures acting on them must be absorbed in the housing.
  • the necessary sealing and clamping of the membrane in the housing are also problematic, and it is also disadvantageous that the membrane is in constant contact with water, this direct contact of the liquid to be controlled with the mechanical components leads to corrosion, premature aging and the like.
  • the constant elastic deflection also causes material fatigue, so that the membrane has only a limited life.
  • Such switching devices are thus disadvantageous in construction as well as in manufacture and assembly, due to the many precisely manufactured individual parts.
  • the known switching devices also have serious disadvantages with regard to their function, since switching takes place as a function of a pressure difference, the pressure difference used for switching only occurring above a certain minimum pressure.
  • the network pressure of the water is different at different locations, so that there is already a risk that the switching process will not always proceed properly.
  • a pressure difference sufficient for the switching process will already occur if only relatively small flow rates occur, for example at high network pressure, so that overheating takes place - up to the formation of vapor bubbles - when there is still no large amount of water flowing.
  • enclosed air bubbles are not recognizable for the switching device responsive to the pressure difference, and when switching off, i.e. When the exhaust valve is closed, hysteresis occurs because the flow rate is throttled, yet a sufficient pressure difference remains on the membrane to keep the switch activated. This can also cause overheating.
  • Another object of the invention is to enable a simple structural design and to facilitate the manufacture and assembly of the switching device.
  • the switching device of the invention is characterized in that the sensor device has a switching body which is movably arranged in a flow line section and which can be moved from a rest position into a switching position by the flowing water at a predetermined flow rate, and has a position sensor which detects this change in position of the moving switching body. which is connected to the switching unit for the heating device.
  • the position sensor is in a blocking or rest position as long as no or little water flows and the switching body practically does not leave its rest position, and the switching unit is thus inactive, ie the heating device is switched off.
  • the switch body is taken sufficiently far away from the water into its switch position, the position sensor now responding to this change in the position of the switch body, so that the switch unit for the heating device becomes active and switches on the heating device. If the flow rate of the water is then reduced again, for example by throttling an outlet valve, the switching body moves back out of its switching position. whereby, for example, even in an intermediate position before its extreme rest position, it influences the position sensor in such a way that it opens the control circuit (the switching unit) again, so that the heating device is switched off again.
  • the dimensions of the switch body and of the flow line section which receives this switch body are matched to one another according to the particular circumstances, such as heating output, desired switch flow rate, possibly also mean water temperature and other water parameters which influence the viscosity, so that the desired switching behavior is ensured when the predetermined flow rate occurs.
  • desired switch flow rate possibly also mean water temperature and other water parameters which influence the viscosity, so that the desired switching behavior is ensured when the predetermined flow rate occurs.
  • the flow cross section of the flow line section will only be slightly larger than the cross section of the switch body.
  • the design according to the invention also improves in terms of design and manufacture and assembly in that only a simple movable switch body is present in the flow line, which causes sealing problems as well as complicated assembly and assembly work Manufacturing processes can be avoided in an advantageous manner.
  • the switching device according to the invention thus has a simple, robust structure with a long service life, and moreover it also has an improved switching function in comparison with the known switching devices.
  • a very substantial additional improvement or significantly increased safety can be achieved with a particularly advantageous embodiment of the switching device according to the invention, which is characterized in that a movable switching body is arranged in a flow line section both in front of and after the heating device in the water flow direction to which a respective position sensor is assigned.
  • a particularly high level of safety when switching on and off the heating device, when reaching or falling below the predetermined flow rate, whereby there can be practically no malfunction if on the inlet side, in front of the heating device, the cold water is warmer or colder depending on the season, with the temperature of the incoming water also changes its viscosity, and these changes in viscosity could possibly lead to movement of the switch body with slightly different flow rate values.
  • a logic circuit defining an average flow rate at which the switching process is triggered could be connected to the two position sensors in order to compensate for any fluctuations on the “hot” or “cold” side in the flow line To effect sections with switch body. It has been shown, however, that a simple design while at the same time achieving a particularly high level of safety is possible if the heating device can only be activated by the switching unit when both position sensors change the position of the movable switching bodies from the rest position to have detected the switching position. In this development, the output signals of the two position sensors in the switching unit are thus linked to one another in the manner of a logical “AND” circuit, and the switching unit only activates the heating device when both position sensor switching signals are present.
  • the increased safety of the present embodiment has a particular effect particularly when the device is switched off, since any heating of the water for too long due to hysteresis phenomena is avoided.
  • a temperature sensor which acts as a safety switch, is assigned to that section of the flow line downstream of the heating device for detecting the temperature of the heated water element against overheating is connected to the switching unit.
  • the temperature sensor is formed by a temperature-dependent electrical resistor, in particular an NTC resistor.
  • the or each flow line section with switching body is a bypass line arranged in the bypass to a main line for the water flow.
  • the water flow is split up, and only a part of the water flow, in the bypass, is used for the switching process, a particularly precise switching behavior being achieved in this way.
  • the bypass line has a smaller flow cross-section than the main line. This practically enables independence between the conditions in the main line and those in the bypass line, in the "switching line".
  • bypass line consists of a straight line section connected to the main line via connecting lines, in the two end regions of which the two positions of the switching body, the rest position and the switching position.
  • the housing block is advantageously a one-piece plastic block, preferably made of acrylic glass.
  • the housing block is advantageously a one-piece plastic block, preferably made of acrylic glass.
  • Such a material is on the one hand sufficiently impact-resistant and temperature-resistant, and on the other hand it also enables the use of optical position sensors, as will be explained in more detail below.
  • the or each flow line section and, if appropriate, the main and connecting lines are or are formed by (a) hole (s) which are provided on the block surface with connection fittings or, if appropriate, locking screws is or are.
  • the heating device is preferably an electrical resistance heating device, although in principle with the present switching device also e.g. a gas heater could be turned on and off.
  • the resistance heating device is attached directly inside a line through which the water to be heated flows.
  • Such a resistance heating device enables the water to be heated with a high degree of efficiency, the possible overheating, which would otherwise be feared, being avoided with sufficient certainty by the above-mentioned correct switching of the switching device according to the invention.
  • an optically operating position sensor is preferably used, and it is accordingly particularly advantageous if the or each position sensor is formed by a light barrier switch constructed with a light source and a photo element opposite this light source.
  • the path of the light beam from the light source to the photo element is the path of movement of the switch body, it being provided in particular that the light beam or "light barriers” is interrupted by the movable switch body in its rest position, and that the light beam can strike the photo element if the movable switch body its rest position leaves and changes to its switching position.
  • the light beam striking the photo element then causes an electrical signal which is used in the switching unit to trigger the switching process, ie to switch on the heating device.
  • a phototransistor or a photodiode is preferably used as the photo element.
  • any other conventional position sensor can be used.
  • the or each position sensor is formed by an inductive proximity switch, or if the or each position sensor is formed by a capacitive position sensor.
  • Such inductive or capacitive position sensors are known per se and are commercially available, and they are of advantage if, for some reason, no transparent material can be used for the line walls, the position sensor nonetheless being to be attached outside the flow line section in order to so to install the electronic components outside the water.
  • the or each movable switching body is a metallic body.
  • the advantage is generally achieved that there is a body to be machined to exact dimensions, which allows the switching flow rate to be determined particularly precisely. It is also important for this that there is a relatively large difference in the specific mass compared to the water, which facilitates the dimension calculations.
  • the or each switching body is rod-shaped and the associated flow line section is straight.
  • the switch body is circular cylindrical.
  • the arrangement in the present switching device can be such that the switching movement of the switching body is carried out independently of the orientation, with a feedback device for the switching body, in particular in the form of a (tension) spring, for example a helical spring or a rubber spring is provided.
  • a feedback device for the switching body in particular in the form of a (tension) spring, for example a helical spring or a rubber spring is provided.
  • return devices are additional components that can shorten the overall service life of the switching device, returning the switching body from the switching or working position to the rest position is preferred only due to the force of gravity.
  • the or each flow line section containing a movable switching body is designed to be straight and arranged vertically.
  • the switch body then has a lower rest position and an upper switch position from which it falls down again due to the force of gravity if no or too little water flows; the preferred metallic construction of the switching body mentioned above is also advantageous for this.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a basic embodiment of the switching device.
  • FIG. 2 shows a similar basic diagram of a switching device with a double switching function
  • 3 shows a diagrammatic, exploded view of a housing block including locking screws and connection fittings for such an embodiment of the switching device with a double switching function in a switching block;
  • Fig. 5 is a front view of such a switch block
  • FIG. 6 shows, on an enlarged scale, a vertical section through such a switch block along the line VI-VI in FIG. 4, to illustrate the two flow line sections each receiving a switch body;
  • Fig. 7 also on an enlarged scale a horizontal section through such a switch block, along the line VII-VII in Fig. 5, to illustrate the arrangement of the optical position sensors;
  • FIG. 8 shows a view of the switching block according to FIGS. 3 to 5 from the left, according to arrow VIII in FIG. 4;
  • FIG. 10 is a block diagram of a switching unit with thyristor control for a three-phase heating device.
  • FIG. 1 shows a switching device for flow heaters, denoted overall by 1, a heating device 2, for example in the form of an electrical resistance heater, being shown only very schematically.
  • This heating device 2 is located, for example, inside a container 3, from which an outlet line 4 to an outlet valve or tap of a fitting, generally indicated by 5, and from there to an outlet 6.
  • the switching device 1 has a switching block 7 in more detail, which consists of a one-piece housing block 8 in which the sensor elements required for triggering the switching on and off of the heating device 2 are arranged, as will be explained in more detail below.
  • the housing block 8 is preferably a one-piece block made of plastic material, in particular acrylic glass, but can also consist of another material.
  • the housing block 8 is provided with bores, on the one hand to provide a main line 9 for the flow of water and a bypass line 10 arranged in parallel with this main line 9 and parallel to it as the flow line section in which a switching body 11 moves freely Lich is arranged.
  • the two lines 9, 10 are connected via a common connecting line or bore 12 to a cold water inlet, ie to a water line 13, and on the output side of the switching block 7 an output line 15 is connected to a common outlet bore 14, which leads to the heater 2.
  • the switch body 11 is illustrated in Fig. 1 with solid lines in its lower rest position, whereas it is shown dotted in its upper switch position.
  • the arrangement of the bypass line 10 is vertical, the water flowing in the direction of the arrow, inside the housing block 8 from bottom to top.
  • the switch body 11 is in its lower rest position when the outlet valve 5 is closed and therefore no water flows.
  • the water begins to flow through the inlet line 13 into and through the switching block 7 and from there via the outlet line 15 to the heating device 2 and finally to the outlet 6.
  • the water In the interior of the switching block 7, the water mainly flows up through the main line 9, but a proportional part of the water also flows up through the bypass line 10, and when a predetermined flow rate is reached, the switching body 11 is carried along and raised.
  • the outlet valve 5 is only opened a little, correspondingly little water flows through the main line 9 and the bypass line 10, and the switching body 11 is raised only slightly, if at all, but not in reaches its upper switching position; it essentially remains in its rest position, an optical position sensor 16 in the form of a light barrier switch, consisting of an incandescent lamp as light source 17 and a photo transistor as a photosensitive element or photo element 18 for short, remaining inactive since the switching body 11 takes the light beam from the light source 17 to Photo element 18 still interrupts. Accordingly, in this situation, the photo element 18 does not output a control signal, so that the resistance heater 2 is not energized, and thus the water is not heated.
  • a light barrier switch consisting of an incandescent lamp as light source 17 and a photo transistor as a photosensitive element or photo element 18 for short, remaining inactive since the switching body 11 takes the light beam from the light source 17 to Photo element 18 still interrupts. Accordingly, in this situation, the photo element 18 does not output a control signal, so
  • the switch body 11 with the flowing water in the flow line section 10 moves upwards (see the dotted position in FIG. 1), the light beam now coming from the light source 17 to the photo element 18 and in this triggers an electrical control signal which is used in a switching unit 19 shown only schematically in FIG. 1 to switch on the heating current to the resistance heating device 2, so that the water is heated.
  • a switching unit 19 shown only schematically in FIG. 1 to switch on the heating current to the resistance heating device 2, so that the water is heated.
  • the metallic switching body 12 sinks again when the flow in the bypass line 10 falls below the set value due to the force of gravity, and it enters the light barrier switch again, i.e. into the radiation path between the light source 17 and the photo element 18, so that the control signal emitted by the photo element 18 is interrupted again; As a result, the switching unit 19 switches off the heating current to the heating device 2, and the heating device 2 no longer heats the water.
  • FIG. 1 is intended to provide a general illustration of the principle according to the invention, the individual components and in particular also the switching block 7 not being illustrated to scale, but rather only being illustrated schematically.
  • FIG. 2 A currently particularly preferred embodiment of the switching device according to the invention is to be explained below with reference to FIGS. 3 to 9, the principle of this switching device having a double switching function, however, being described briefly beforehand using the basic diagram of FIG.
  • the illustration in FIG. 2 is likewise only kept very schematically, and in particular two switching blocks 7, 7 'with corresponding switching bodies 11, 11' are shown for ease of understanding, which are freely movable in associated flow line sections 10 and 10 '. 1 - are recorded, whereas in practice, as will become apparent from the following description with reference to FIGS. 3 to 9, a single, common, uniform switching block with both switching bodies is preferably provided.
  • FIG. 2 the same reference numerals have been used in FIG. 2 for components which correspond to those according to FIG. 1 as in FIG. 1, optionally with the addition of an apostrophe.
  • a switch block 7 with a movable switch body 11 is not only arranged in a flow line section 10 in the cold water inlet in front of the heating device 2, but also in the outlet line 4 after the heating device 2 a corresponding flow line section 10 ', with a likewise freely movable switch body 11 ', on the output side of which the water tap or the outlet valve 5 is then connected to the subsequent outlet 6.
  • the position sensors assigned to the two switching bodies 11, 11 'and shown only schematically in FIG. 2, which are likewise preferably optical position sensors similar to those according to FIG. 1, are connected to the sensor via associated signal lines 20, 21 Heating device 2 associated switching unit 19 connected.
  • a temperature sensor 22 preferably in the form of a temperature-dependent resistor, in particular an NTC resistor, is arranged in the region of the flow line section 11 'downstream of the heating device 2 and is likewise connected to the switching unit 19 via an associated signal line 23 .
  • the three signal lines 20, 21 and 23 are logically linked to one another in the switching unit 19 such that the activation of the heating device 2 (for this activation, a switch 24 in the power supply 25 of the heating device 2 is illustrated schematically in FIG.
  • a single, uniform switching block 107 is provided, which is formed by a one-piece housing block 108 made of acrylic glass, in which various bores, which will be explained in more detail below, are provided in order to accommodate the various lines through which water flows as well as the receiving spaces for the elements of the position sensors. These bores are on the outside or surface of the housing block 108 where the various inlet and outlet lines are to be connected, with screwed-in connection fittings 127 (for the cold water inlet line), 128 (for those not shown in FIGS. 3 to 9) Illustrated heater, 2 in Figs. 1 and 2, leading output line, 15 in Figs.
  • connection fittings 127 to 130 and the locking screws 131 to 138 are each screwed into the corresponding bores with the interposition of O-ring seals 139.
  • Two bores 140, 141 are then provided in the housing block 108 on the "cold" side (corresponding to block 7 in FIG. 2), one of which, 140, forms the main line (9 in FIG. 1) for the flow of water , whereas the other, 141, forms the flow line section (10 in FIG. 1) receiving the movable switching body 111 (cf. in particular FIGS. 6 and 7) or the bypass line, as mentioned above.
  • the bore 141 forming the bypass line is connected to the main line bore 140 or the output bore 114 receiving the outlet connection fitting 128 via transverse connecting lines or bores 142 or 143 closed off by the screw plugs 131 or 132 on the outside.
  • the incandescent lamp 147 and the photodiode 146 lie opposite one another, with the bypass line bore 141 being provided between them, in which the switch body 111 is movably received, so that the photodiode 146 and the incandescent lamp 147 together form an optical position sensor or light barrier switch Form detection of the position of the switching body 111.
  • Corresponding power supply and signal lines 147 are connected, as is illustrated only very schematically in FIG. 7 at 148 and 149, respectively.
  • line bores 140' and 141 'for the formation of the main line and of the bypass line or the flow line portion that receives the movable switch body 111 ' is provided.
  • the heating device 2 (not shown in FIG. 3) can be connected to the top of the housing block 108 via the connection fittings 128, 129, so that the water inlet is not on the "hot” side from below, as on the "cold” side, but from above, coming from the heating device 2.
  • a third vertical bore 150 is provided on the "hot" side which forms a feed line for the bypass bore 141 '.
  • connection fitting 129 In order to avoid the switch body 111' (see FIG 6 and 7) in a manner corresponding to lifting the switch body 111 on the "cold" side of the switch block 107 when a predetermined flow rate is reached against the gravitational force acting on it, is carried out from above, by the connection fitting 129, via the feed line bore 150 down and by way of a lower horizontal connecting bore 153 of the bypass bore 141 from the bottom bypass some of the water.
  • a lower horizontal compensating bore 154 is provided between the bores 140 ', 141' which are parallel to one another but flowed through in countercurrent, this compensating bore 154 having a cross section which is reduced in comparison with the other bore cross sections has, so that coming from the connection bore 153, bring about a water back pressure and thereby move the switching body 111 'in the bypass bore 141' when the predetermined flow value is reached.
  • the locking screws 131, 136 and 132, 135 serve as stops, these locking screws 131, 136, 132, 135 being screwed in Project the condition into the respective bores 141 and 141 'accordingly.
  • This stop function is not shown in detail in the drawing, but results indirectly from the illustration, for example, in FIG.
  • FIGS. 4, 5 and 8 and 9 the drawing schematically indicating in the drawing at the bore mouths in each case by reference numbers given in brackets, which Connection fittings or screw plugs must be attached.
  • connection fittings 127 to 130 and locking screws 131 to 138 can be made of brass, for example.
  • an NTC resistor exposed on the end face is then installed as a temperature sensor 122, e.g. poured, cf. 6, wherein this temperature sensor 122 is connected via a line 123 - corresponding to line 23 in FIG. 2 - to the electrical switching unit (see FIG. 10), which is not shown in FIGS. 3 to 9.
  • FIG. 10 shows a block diagram for the schematic illustration of an embodiment of the switching unit 19 responsible for switching the heating device 2 on and off and for power regulation.
  • a three-phase system with the three phases L1, L2, and L3, a neutral conductor N and a protective earth 160 is available, and accordingly three electrical heating resistors 161, 162 and 163 are connected to the three phases Ll, L2 and L3 connected.
  • These three heating resistors 161 to 163 form the above-mentioned heating device 2.
  • These heating resistors 161, 162, 163 are connected via thyristors 164, 165 and 166 with the associated phases L1, L2 and L3 as switches (cf. switch 24 in FIG. 2) connected.
  • the control electrodes of the three thyristors 164, 165 and 166 are connected to the output of a zero-crossing detector 167, which is connected to the three phases L1, L2 and L3 with three inputs and when the heating device 2 is to be switched on or off, outputs a switching signal to the control electrodes of thyristors 164, 165 and 166 in the respective zero crossing of the individual phases. In this way, no voltage jumps occur during operation or interference voltages are avoided.
  • the heating power or three-phase power in the present embodiment is due to the percentage duty cycle of thyristors 164, 165 and 166 are adjustable, for which purpose a power actuator 168 is provided, for example with an infinitely adjustable potentiometer, not shown.
  • the switching signals are schematically illustrated in FIG. 10, with associated control electronics 169, which can be implemented in a wide variety of forms, being provided on the other Output of the zero crossing detector 167 is connected.
  • a corresponding control signal is only sent to the zero crossing detector 167 if both position sensors, i.e. determine both photodiodes 146, 146 ', a change of the respective switching body 111 or 111' from the rest position to the upper switching position, i.e. when they receive light and when the NTC resistor 122 detects a water temperature below a predetermined upper limit.
  • Corresponding control pulses are applied via the control electronics 169 to the zero crossing detector 167, which control the thyristors 164, 165 and 166, so that the load current through the thyristors 164, 165 and 166, depending on the setting of the power actuator 168, is allowed through at times.
  • a clock generator (not illustrated in more detail) can be provided, for example, within the control electronics 169.
  • the zero-crossing detector 167 causes the thyristors 164, 165 and 166 to always allow full half-waves to pass through.
  • the thyristors 164, 165, 166 are switched via the zero-crossing detector 167 locked, ie the heating device 2 is switched off.
  • This ⁇ for example, to a throttling of the flow rate by means of the valve (outlet valve 5 in Fig. 1 and 2) be due.
  • the diameters of the various bores forming the main lines, bypass lines and connecting lines were 6.5 mm, and the diameter of the rod-shaped cylindrical switching bodies 111 and 111 'was 6 mm .
  • the length of the main line bores 140, 140 'and the bypass line bores 141, 141' was approximately 34 mm, and the length of the switch bodies 111 and 111 'was approximately 20 mm.
  • the diameter of the compensating bore 154 like the diameter of the receiving bores 145 and 145 'for the incandescent lamps 147 and 147', was 3.3 mm, whereas the diameter of the receiving bores 144 and 144 'for the photodiodes 146 and 146' 5, was 5 mm.
  • the acrylic resin material thickness remaining between the respective bypass line bores 141 and 141 'and the receiving bores 144, 144' and 145, 145 'for the photodiodes 146, 146' and light bulbs 147, 147 ' was approximately 2 and 2, respectively. 5 mm.

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Description

Schaltvorrichtung für Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für Durchlauferhitzer, mit einer, einer Wasser-Durchflußleitung zugeordneten Fühlereinrichtung für das fließende Wasser, an die eine Schalteinheit für eine zum Erwärmen des Wassers vorgesehene Heizeinrichtung angeschlossen ist.
In der Praxis werden derzeit üblicherweise Durchlauf¬ erhitzer verwendet, deren Schaltvorrichtung einen beim Öffnen eines Auslaßventils (Wasserhahns) auftretenden Druckabfall in der vom Wasser durchflossenen Leitung erfaßt und dazu aus¬ nutzt, um einen Schalter oder allgemein eine Schalteinheit für die Wasser-Heizeinrichtung zu aktivieren. Im einzelnen ist hiefür eine Membran, z.B. aus Gummi oder aber auch Metall- blech, vorgesehen, an der ein Stößel angeordnet ist, der z.B. einen Mikroschalter, einen Steuerstromkreis oder Kontaktpaare im Laststromkreis schaltet. Die Membran ist über eine Rück¬ leitung in der Ruhestellung (bei geschlossenem Auslaßventil) von statischen Drücken auf beiden Seiten belastet. In dieser Ruhestellung befindet sich die Schalteinheit für die Heizein¬ richtung in der inaktiven Position, so daß die Heizeinrichtung außer Betrieb ist. Beim Öffnen des Auslaßventils fällt der statische Druck auf einer Seite der Membran, und es entsteht an der Membran eine Druckdifferenz, so daß die Membran ausgelenkt und damit der an ihr angebrachte Stößel verstellt wird. Dadurch wird der gewünschte Schaltvorgang bewirkt.
Eine solche Membransteuerung ist zwar insofern vorteil¬ haft, als sie eine verhältnismäßig hohe mechanische Kraft für den Schaltvorgang zur Verfügung stellt, so daß auch mehrere Kontaktpaare geschaltet werden können, nachteilig ist aller¬ dings, daß die Anordnung mit der Membran aufwendig ist, weil sie eine beachtliche Größe benötigt und somit auch die auf sie einwirkenden Drücke im Gehäuse aufgenommen werden müssen. Problematisch sind ferner die notwendige Abdichtung und Einspannung der Membran im Gehäuse, wobei auch nachteilig ist, daß die Membran ständig mit Wässer in Berührung steht, wobei dieser direkte Kontakt der zu steuernden Flüssigkeit mit den mechanischen Bauteilen zu Korrosion, frühzeitiger Alterung und dergl. führt. Die ständige elastische Auslenkbewegung bewirkt außerdem eine Materialermüdung, so daß die Membran bloß eine begrenzte Lebensdauer aufweist. Derartige Schaltvorrichtungen sind somit in der Konstruktion ebenso wie in der Herstellung und Montage, zufolge der vielen präzise herzustellenden Einzelteile, von Nachteil.
Auch hinsichtlich ihrer Funktion sind die bekannten Schaltvorrichtungen mit gravierenden Nachteilen behaftet, da in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz geschaltet wird, wobei die zum Schalten ausgenutzte Druckdifferenz nur oberhalb eines gewissen Mindestdrucks auftritt. Der Netzdruck des Wassers ist jedoch an verschiedenen Orten unterschiedlich, so daß bereits deshalb die Gefahr besteht, daß der Schaltvorgang nicht immer ordnungsgemäß abläuft. Vor allem besteht das Risiko, daß eine für den Schaltvorgang ausreichende Druckdifferenz bereits auftritt, wenn bloß relativ geringe Durchflußmengen auftreten, etwa bei hohem Netzdruck, so daß eine Überhitzung - bis zur Dampfblasenbildung - stattfindet, wenn noch keine größere Wassermenge fließt. Ferner sind eingeschlossene Luftblasen für die auf die Druckdifferenz ansprechende Schaltvorrichtung nicht erkennbar, und beim Abschalten, d.h. beim Schließen des Auslaßventils, kommt es zu Hystereseerscheinungen, da die Durchflußmenge gedrosselt wird, trotzdem noch eine ausreichende Druckdifferenz an der Membran verbleibt, um den Schalter weiterhin aktiviert zu halten. Auch hierdurch können Überhitzungen auftreten.
Es ist nun ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung der eingangs angeführt Art vorzusehen, die praktisch druckunabhängig in ihrem Schaltverhalten ist, Überhitzungserscheinungen, wie sie bei den bekannten Schalt¬ vorrichtungen auftreten, vermeidet und eine hohe Schaltsicherheit gewährleistet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin gelegen, einen einfachen konstruktiven Aufbau zu ermöglichen und die Her¬ stellung sowie Montage der Schaltvorrichtung zu erleichtern.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung der eingangs angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerein¬ richtung einen in einem Durchflußleitungs-Abschnitt beweglich angeordneten Schaltkörper, der durch das strömende Wasser bei einer vorherbestimmten Durchflußmenge aus einer Ruheposition in eine Schaltposition bewegbar ist, und einen diese Positionsänderung des beweglichen Schaltkörpers erfassenden Positionsfühler aufweist, der mit der Schalteinheit für die Heizeinrichtung verbunden ist.
Mit einer derartigen Ausbildung wird erreicht, daß der Schaltvorgang abhängig von der Durchflußmenge erfolgt, anstatt von einer Druckdi ferenz, wodurch auch eine Unabhängigkeit von der jeweiligen Größe des Netzdruckes erreicht wird. Weiters ist von Vorteil, daß anstatt eines elastisch auslenkbaren mechanischen Bauteils (Membran) ein frei beweglicher Körper vorgesehen ist, der den Schaltvorgang auslöst, wobei dieser Schaltkörper an seiner Oberfläche problemlos so geschützt oder ausgebildet werden kann, daß trotz seiner Anordnung in der Durchflußleitung, d.h. im zu steuernden Wasser, eine praktisch unbegrenzte Haltbarkeit ohne Funktionsbeeinträchtigung erzielt wird. Hiefür is -auch von Bedeutung, daß der Positionsfühler, der diesem beweglichen Schaltkörper zugeordnet ist, außerhalb der Durchflußleitung angeordnet werden kann, so daß er eben¬ falls nicht mit Wasser in Berührung kommt. Der Positionsfühler befindet sich so lange in einer Sperr- oder Ruhestellung, so lange kein oder nur wenig Wasser fließt und der Schaltkörper seine Ruheposition praktisch nicht verläßt, und die Schaltein¬ heit ist somit inaktiv, d.h. die Heizeinrichtung ist ausge¬ schaltet. Beim Erreichen einer festgelegten Durchflußmenge wird der Schaltkörper vom Wasser ausreichend weit, in seine Schaltposition, mitgenommen, wobei nun der Positionsfühler auf diese Änderung in der Position des Schaltkörpers anspricht, so daß die Schalteinheit für die Heizeinrichtung aktiv wird und die Heizeinrichtung einschaltet. Wird danach, beispielsweise durch Drosseln an einem Auslaßventil, die Durchflußmenge des Wassers wieder verringert, dann bewegt sich der Schaltkörper aus seiner Schaltposition wieder zurück, wobei er beispielsweise auch in einer Zwischenlage noch vor seiner äußersten Ruheposition den Positionsfühler derart beeinflußt, daß dieser den Steuerstromkreis (die Schalteinheit) wieder öffnet, so daß die Heizeinrichtung wieder abgeschaltet wird.
Die Abmessungen des Schaltkörpers und des Durchflußlei- tungs-Abschnittes, der diesen Schaltkörper aufnimmt, sind nach den jeweiligen Gegebenheiten, wie Heizleistung, gewünschte Schalt-Durchflußmenge, gegebenenfalls auch mittlere Wasser¬ temperatur und andere Wasserkenndaten, die die Viskosität beeinflussen, aufeinander abgestimmt, so daß das gewünschte Schaltverhalten beim Auftreten der vorherbestimmten Durch¬ flußmenge sichergestellt wird. Allgemein kann hier ausgeführt werden, daß der Durchflußquersσhnitt des Durchflußleitungs- Abschnitts nur geringfügig größer als der Querschnitt des Schaltkörpers sein wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird außer den funktioneilen Vorteilen, wie erwähnt, _auch in konstruktiver Hinsicht sowie hinsichtlich der Herstellung und Montage eine Verbesserung dadurch erzielt, daß nur ein einfacher beweg¬ licher Schaltkörper in der Durchflußleitung vorhanden ist, wodurch Abdichtungsprobleme ebenso wie komplizierte Montage- und Herstellungsvorgänge in vorteilhafter Weise vermieden werden können.
Insgesamt weist somit die erfindungsgemäße Schaltvorrich¬ tung einen einfachen, robusten Aufbau mit langer Lebensdauer auf, und überdies besitzt sie im Vergleich zu den bekannten Schaltvorrichtungen auch eine verbesserte Schaltfunktion.
Hierbei kann eine ganz wesentliche zusätzliche Verbesse¬ rung bzw. wesentlich vergrößerte Sicherheit mit einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erzielt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in Wasserfließrichtung sowohl vor als auch nach der Heizeinrichtung jeweils in einem Durchflußleitungs-Abschnitt ein beweglicher Schaltkörper angeordnet ist, dem ein jeweiliger Positionsfühler zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Sicherheit beim Ein- und Abschalten der Heizeinrichtung, bei Erreichen bzw. Unterschreiten der vorgegebenen Durchflußmenge, erzielt, wobei es auch dann praktisch zu keinem Fehlverhalten kommen kann, wenn auf der Zulaufseite, vor der Heizeinrichtung, das Kaltwasser je nach Jahreszeit wärmer oder kälter ist, wobei sich mit der Temperatur des zulaufenden Wassers auch dessen Viskosität ändert, und diese Viskositätsänderungen unter Umständen zu einer Bewegung des Schaltkörpers bei geringfügig abweichenden Durchflußmengen-Werten führen könnten.
An die beiden Positionsfühler könnte bei der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform beispielsweise eine eine mittlere Durchflußmenge, bei der der Schaltvorgang ausgelöst wird, festlegende Logikschaltung angeschlossen sein, um so einen Ausgleich zwischen etwaigen Schwankungen auf der "heißen" bzw. "kalten" Seite in den Durchflußleitungs-Abschnitten mit Schaltkörper zu bewirken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine einfache Ausbildung bei gleichzeitiger Erzielung einer be¬ sonders hohen Sicherheit dann ermöglicht wird, wenn die Heiz¬ einrichtung von der Schalteinheit nur dann aktivierbar ist, wenn beide Positionsfühler eine Positionsänderung der beweg¬ lichen Schaltkörper aus der Ruheposition in die Schaltposition erfaßt haben. Bei dieser Weiterbildung werden somit die Aus¬ gangssignale der beiden Positionsfühler in der Schalteinheit in Art einer logischen "UND"-Schaltung miteinander verknüpft, und nur bei Vorliegen beider Positionsfühler-Schaltsignale aktiviert die Schalteinheit die Heizeinrichtung. Ähnliches gilt auch für den Abschaltvorgang, wenn die Durchflußmenge allmählich, etwa durch Schließen eines Wasserhahns, gedrosselt wird. Vor allem beim Abschalten wirkt sich die erhöhte Sicher¬ heit der vorliegenden Ausführungsform besonders aus, da ein etwaiges zu langes Heizen von Wasser zufolge von Hysterese¬ erscheinungen vermieden wird.
Als zusätzliche Sicherheit gegen zu starkes Aufheizen des Wassers kann überdies vorgesehen werden, daß jenem Durch- flußleitungs-Abschnitt, der der Heizeinrichtung nachgeordnet ist, zur Erfassung der Temperatur des erwärmten Wassers ein Temperaturfühler zugeordnet ist, der als Sicherheitsschalt element gegen Überhitzung mit der Schalteinheit verbunden ist. Dabei kann eine einfache Ausbildung dadurch erzielt werden, daß der Temperaturfühler durch einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere NTC-Widerstand, gebildet ist.
Um den Durchfluß von Wasser möglichst unbeeinträchtigt zu lassen, hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der bzw. jeder Durchflußleitungs-Abschnitt mit Schaltkörper eine im Nebenschluß zu einer Hauptleitung für den Wasserdurchfluß angeordnete Umgehungsleitung ist. Auf diese Weise wird der Wasserdurchfluß aufgespalten, und es wird nur ein Teil des Wasserflusses, im Nebenschluß, für den Schaltvorgang ausge¬ nutzt, wobei auf diese Weise ein besonders genaues Schaltver¬ halten erzielt werden kann. Von besonderem Vorteil ist es hier ferner, wenn die Umgehungsleitung einen kleineren Durchflu߬ querschnitt als die Hauptleitung aufweist. Auf diese Weise wird praktisch eine Unabhängigkeit zwischen den Verhältnissen in der Hauptleitung und jenen in der Umgehungsleitung, in der "Schaltleitung", ermöglicht.
Um die für ein eindeutiges Schaltverhalten erwünschte wirbelfreie, laminare Strömung zu erzielen, ist es auch günstig, wenn die Umgehungsleitung aus einem über Verbindungs¬ leitungen mit der Hauptleitung verbundenen geradlinigen Leitungs-Abschnitt besteht, in dessen beiden Endbereichen die beiden Positionen des Schaltkörpers, die Ruheposition und die Schaltposition, festgelegt sind. Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich auch ein geradliniger Bewegungspfad für den Schaltkörper, so daß für diesen auch eine exakte, von einem Anstreifen oder Anschlagen an der Leitungs-Innenwand unbeeinflußte Schaltbewegung sichergestellt wird.
Zur Erzielung einer robusten, kompakten, kleinen Bauein¬ heit ist es weiters besonders vorteilhaft, wenn der bzw. beide Positionsfühler sowie der bzw. beide bewegliche(n) Schaltkör¬ per in einem gemeinsamen, den bzw. die Durchflußleitungs- Abschnitt^e) sowie gegebenenfalls die Haupt- und Verbindungs¬ leitungen enthaltenden Gehäuseblock angeordnet sind. In diesem Gehäuseblock werden somit alle wesentlichen Teile der Schalt Vorrichtung untergebracht. Der Gehäuseblock ist aus Herstel¬ lungsgründen vorteilhafterweise ein einteiliger Kunststoffblock, vorzugsweise aus Acrylglas. Ein derartiges Material ist einerseits ausreichend schlagfest und temperatur¬ beständig, und andererseits ermöglicht es auch den Einsatz von optischen Positionsfühlern, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.
Aus Herstellungsgründen wird es weiters auch bevorzugt, wenn der bzw. jeder Durchflußleitungs-Abschnitt sowie gege¬ benenfalls die Haupt- und Verbindungsleitungen durch (eine) Bohrung(en) gebildet ist bzw. sind, die an der Blockoberfläche mit Anschlußfittingen bzw. gegebenenfalls Verschlußschrauben versehen ist bzw. sind.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Heizeinrichtung um eine elektrische Widerstands-Heizeinrichtung, wenngleich mit der vorliegenden Schaltvorrichtung im Prinzip auch z.B. eine Gas-Heizeinrichtung ein- und ausgeschaltet werden könnte. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Widerstands- Heizeinrichtung direkt im Inneren einer vom zu erwärmenden Wasser durchflossenen Leitung angebracht ist. Eine derartige Widerstands-Heizeinrichtung ermöglicht eine Aufheizung des Wassers mit hohem Wirkungsgrad, wobei die ansonsten zu befürchtende eventuelle Überhitzung durch das erwähnte einwandfreie Schalten der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit ausreichender Sicherheit vermieden ist.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird bevorzugt ein optisch arbeitender Positionsfühler verwendet, und es ist demgemäß-besonders günstig, wenn der bzw. jeder Positions¬ fühler durch einen mit einer Lichtquelle und einem dieser Lichtquelle gegenüberliegenden Fotoelement aufgebauten Lichtschrankenschalter gebildet ist. Im Weg des Lichtstrahls von der Lichtquelle zum Fotoelement befindet sich dabei die Bewegungsbahn des Schaltkörpers, wobei insbesondere vorgesehen wird, daß der Lichtstrahl oder "Lichtschranken" durch den beweglichen Schaltkörper in dessen Ruheposition unterbrochen wird, und daß der Lichtstrahl auf das Fotoelement auftreffen kann, wenn der bewegliche Schaltkörper seine Ruheposition verläßt und in seine Schaltposition wechselt. Durch den Lichtstrahl, der auf das Fotoelement auftrifft, wird dann ein elektrisches Signal bewirkt, das in der Schalteinheit zur Auslösung des Schaltvorganges, d.h. zum Einschalten der Heiz¬ einrichtung, verwendet wird. Vorzugsweise wird als Fotoelement ein Fototransistor oder eine Fotodiode eingesetzt. Diese Bau¬ elemente sind preiswert, und sie weisen eine hohe Funktions¬ zuverlässigkeit sowie geringe Baugröße auf, so daß sie sich leicht unterbringen lassen.
Anstatt eines optischen Positionsfühlers kann jedoch auch ein beliebiger anders aufgebauter, an sich herkömmlicher Positionsfühler verwendet werden. Insbesondere ist es zweck¬ mäßig, wenn der bzw. jeder Positionsfühler durch einen induktiven Näherungsschalter gebildet ist, oder wenn der bzw. jeder Positionsfühler durch einen kapazitiven Positionsfühler gebildet ist. Derartige induktive oder kapazitive Positions¬ fühler sind an sich geläufig und im Handel erhältlich, und sie sind dann von Vorteil, wenn aus irgendwelchen Gründen kein transparentes Material für die Leitungswände verwendet werden kann, wobei nichtsdestoweniger der Positionsfühler außerhalb des Durchflußleitungs-Abschnittes anzubringen ist, um so die elektronischen Bauelemente außerhalb des Wassers einzubauen.
Vor allem in den letztgenannten Fällen, bei Ausbildung des Positionsfühlers als induktiver oder aber kapazitiver Positionsfühler, ist es von Vorteil, wenn der bzw. jeder bewegliche Schaltkörper ein metallischer Körper ist. Mit einer solchen Ausführung wird aber überdies ganz allgemein auch der Vorteil erzielt, daß ein auf genaue Abmessungen zu bearbeitender Körper vorliegt, der die Bestimmung der Schalt- Durchflußmenge besonders genau vornehmen läßt. Hiefür ist auch von Bedeutung, daß ein relativ großer Unterschied in der spezifischen Masse im Vergleich zum Wasser gegeben ist, was die Abmessungsberechnungen erleichtert.
Zur Erzielung einer exakten, ruhigen, gleichförmigen Schaltbewegung ist es sodann auch von Vorteil, wenn der bzw. jeder Schaltkörper stabförmig und der zugehörige Durchfluß- leitungs-Abschnitt geradlinig ausgebildet ist. Um dabei die Anspassung des Querschnitts des Schaltkörpers an die üblichen Querschnitte von Durchflußleitungen zu erleichtern, ist es weiters von Vorteil, wenn der Schaltkörper kreiszylindrisch ist.
An sich kann bei der vorliegenden Schaltvorrichtung^die Anordnung derart sein, daß die Schaltbewegung des Schalt¬ körpers unabhängig von der Ausrichtung durchgeführt wird, wobei eine Rückführeinrichtung für den Schaltkörper, insbe¬ sondere in Form einer (Zug-)Feder, etwa einer Schraubenfeder oder einer Gummifeder, vorgesehen wird. Da es sich bei derartigen Rückholeinrichtungen jedoch um zusätzliche Bauteile handelt, die die Lebensdauer der Schaltvorrichtung insgesamt verkürzen können, wird jedoch eine Rückführung des Schalt- körpers aus der Schalt- oder Arbeitsposition in die Ruhe¬ position nur aufgrund der Schwerkraft bevorzugt. Demgemäß ist es besonders günstig, wenn der bzw. jeder einen beweglichen Schaltkörper enthaltende Durchflußleitungs-Abschnitt gerad¬ linig ausgebildet und vertikal angeordnet ist. Dabei hat dann der Schaltkörper eine untere Ruheposition und eine obere Schaltposition, aus der er, wenn kein oder zu wenig Wasser fließt, zufolge der Schwerkraft wieder nach unten fällt; auch hiefür ist die oben erwähnte bevorzugte metallische Ausbildung des Schaltkörpers von Vorteil.
Zur exakten Festlegung der verschiedenen Positionen des bzw. jedes Schaltkörpers hat es sich schließlich als vorteilhaft erwiesen, wenn die äußerste Ruheposition und die äußerste Schaltposition des bzw. jedes beweglichen Schalt¬ körpers durch Endanschläge definiert sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung bloß beispielshalber veranschaulichten, besonders bevorzugten Ausführungsformen noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein Prinzipschema einer grundsätzlichen Ausführung der Schaltvorrichtung;
Fig. 2 ein ähnliches Prinzipschema einer Schaltvorrich¬ tung mit Doppelschaltfunktion; Fig. 3 eine schaubildliche, auseinandergezogene Darstel¬ lung eines Gehäusesblocks samt Verschlußschrauben und Anschlußfittingen für eine derartige Ausführung der Schalt¬ vorrichtung mit Doppelschaltfunktion in einem Schaltblock;
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen derartigen Schaltblock;
Fig. 5 eine Vorderansicht eines derartigen Schaltblocks;
Fig. 6 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Schnitt durch einen derartigen Schaltblock gemäß der Linie VI-VI in Fig.4, zur Veranschaulichung der beiden je einen Schaltkörper aufnehmenden Durchflußleitungs-Abschnitte;
Fig. 7 ebenfalls in vergrößertem Maßstab einen horizontalen Schnitt durch einen solchen Schaltblock, gemäß der Linie VII-VII in Fig. 5, zur Veranschaulichung der Anordnung der optischen Positionsfühler;
Fig. 8 eine Ansicht des Schaltblocks gemäß Fig. 3 bis 5 von links, gemäß Pfeil VIII in Fig.4;
Fig. 9 eine Ansicht dieses Schaltblocks von rechts, gemäß Pfeil IX in Fig. 4; und
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Schalteinheit mit Thyristorsteuerung für eine Dreiphasen-Heizeinrichtung.
In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Schaltvor¬ richtung für Durchlauferhitzer veranschaulicht, wobei nur ganz schematisch eine Heizeinrichtung 2, beispielsweise in Form einer elektrischen Widerstandsheizung, gezeigt ist. Diese Heizeinrichtung 2 befindet sich beispielsweise innerhalb eines Behälters 3, von dem eine Auslaßleitung 4 zu einem Ausla߬ ventil oder Wasserhahn einer Armatur, allgemein mit 5 angegeben, und von da zu einem Auslaß 6 führt.
Die Schaltvorrichtung 1 weist mehr im Detail einen Schaltblock 7 auf, der aus einem einteiligen Gehäuseblock 8 besteht, in dem die für die Auslösung des Ein- und Aus¬ schaltens der Heizeinrichtung 2 erforderlichen Fühlerelemente angeordnet sind, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird. Der Gehäuseblock 8 ist vorzugsweise ein einteiliger Block aus Kunststoffmaterial, insbesondere Acrylglas, kann aber auch aus einem anderen Material bestehen. Der Gehäuseblock 8 ist mit Bohrungen versehen, um einer¬ seits eine Hauptleitung 9 für den Durchfluß von Wasser sowie eine im Nebenschluß zu dieser Hauptleitung 9 angeordnete, zu ihr parallele Umgehungsleitung 10 als jener Durchflußleitungs- Abschnitt vorzusehen, in dem ein Schaltkörper 11 frei beweg¬ lich angeordnet ist. Die beiden Leitungen 9, 10 sind über eine gemeinsame Anschlußleitung oder -bohrung 12 an einen Kalt¬ wasser-Zulauf, d.h. an eine Wasserleitung 13 angeschlossen, und an der Ausgangsseite des Schaltblocks 7 ist an eine gemeinsame Auslaßbohrung 14 eine Ausgangsleitung 15 ange¬ schlossen, die zur Heizeinrichtung 2 führt.
Der Schaltkörper 11 im Durchflußleitungs-Abschnitt 10, d.h. in der Umgehungsleitung, ist insbesondere ein metallischer Körper, der eine kreiszylindrische, stabförmige Form hat, und der beispielsweise einen KunstStoffÜberzug besitzt, um eine ausreichende Korrosionsfestigkeit sicher¬ zustellen. Der Schaltkörper 11 ist in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien in seiner unteren Ruheposition veranschaulicht, wogegen er punktiert in seiner oberen Schaltposition gezeigt ist. Die Anordnung der Umgehungsleitung 10 ist dabei vertikal, wobei das Wasser in Pfeilrichtung, innerhalb des Gehäuseblocks 8 von unten nach oben, strömt.
Der Schaltkörper 11 befindet sich in seiner unteren Ruhe¬ position, wenn das Auslaßventil 5 geschlossen ist und somit kein Wasser strömt. Wenn das Auslaßventil 5 geöffnet wird, beginnt das Wasser über die Zulaufleitung 13 in und durch den Schaltblock 7 und von da über die Ausgangsleitung 15 zur Heiz¬ einrichtung 2 und schließlich zum Auslaß 6 zu strömen. Im Inneren des Schaltblocks 7 strömt dabei das Wasser hauptsäch¬ lich durch die Hauptleitung 9 nach oben, ein proportionaler Teil des Wassers strömt jedoch auch durch die Umgehungsleitung 10 nach oben, und bei Erreichen einer vorherbestimmten Durch¬ flußmenge wird der Schaltkörper 11 mitgenommen und angehoben. Wenn das Auslaßventil 5 nur wenig geöffnet wird, fließt ent¬ sprechend wenig Wasser durch die Hauptleitung 9 und die Um¬ gehungsleitung 10, und der Schaltkörper 11 wird, sofern über¬ haupt, so nur geringfügig angehoben, wobei er jedoch nicht in seine obere Schaltposition gelangt; im wesentlichen verbleibt er in seiner Ruheposition, wobei ein optischer Positionsfühler 16 in Form eines Lichtschrankenschalters, bestehend aus einer Glühlampe als Lichtquelle 17 und einem Fototransistor als fotoempfindliches Element oder kurz Fotoelement 18, inaktiv bleibt, da der Schaltkörper 11 den Lichtstrahl von der Lichtquelle 17 zum Fotoelement 18 nach wie vor unterbricht. Demgemäß gibt in dieser Situation das Fotoelement 18 kein Steuersignal ab, so daß die Widerstands-Heizeinrichtung 2 nicht an Strom gelegt wird, und somit das Wasser nicht erwärmt wird. Wenn jedoch wie erwähnt eine vorherbestimmte Durchflußmenge erreicht wird, bewegt sich der Schaltkörper 11 mit dem fließenden Wasser im Durchflußleitungs-Abschnitt 10 nach oben (s. die punktierte Stellung in Fig. 1), wobei der Lichtstrahl nunmehr von der Lichtquelle 17 zum Fotoelement 18 gelangt und in diesem ein elektrisches Steuersignal auslöst, welches in einer in Fig. 1 nur schematisch gezeigten Schalteinheit 19 dazu benützt wird, um den Heizstrom zur Widerstands-Heizeinrichtung 2 einzuschalten, so daß das Wasser erwärmt wird. Bei einem weiteren Öffnen des Auslaßventils 5 ändert sich diese Schaltposition nicht, d.h. das Wasser wird weiter erwärmt.
Wird schließlich der Wasserauslaß wieder gedrosselt, also das Auslaßventil 5 teilweise und später ganz geschlossen, so sinkt der metallische Schaltkörper 12 bei Unterschreiten der eingestellten Durchflußmenge in der Umgehungsleitung 10 infolge der Schwerkraft wieder nach unten, und er tritt wieder in den LichtSchrankenschalter, d.h. in den Strahlungsweg zwischen der Lichtquelle 17 und dem Fotoelement 18, ein, so daß das vom Fotoelement 18 abgegebene Steuersignal wieder unterbrochen wird; dadurch schaltet die Schalteinheit 19 den Heizstrom zur Heizeinrichtung 2 ab, und die Heizeinrichtung 2 heizt das Wasser nicht mehr weiter auf.
Die Strömungsrichtungen des Wassers sind ganz allgemein in Fig.l ebenso wie in den nachfolgenden Fig. 2 und 3 bis 9 mit Pfeilen angegeben. Es sei erwähnt, daß Fig. 1 zur allgemeinen Veranschau¬ lichung des erfindungsgemäßen Prinzips dienen soll, wobei die einzelnen Bestandteile und insbesondere auch der Schaltblock 7 nicht maßstäblich, sondern nur schematisch veranschaulicht sind.
Nachstehend soll anhand der Fig. 3 bis 9 eine derzeit besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erläutert werden, wobei das Prinzip dieser Schaltvorrichtung, mit doppelter Schaltfunktion, jedoch zuvor anhand des Prinzipschemas von Fig. 2 kurz beschrieben werden soll. Dabei ist die Darstellung in Fig. 2 ebenfalls nur ganz schematisch gehalten, und insbesondere sind zur Erleichterung des Verständnisses zwei Schaltblöcke 7, 7' mit entsprechenden Schaltkörpern 11, 11' gezeigt, die in zugehörigen Durchflußleitungs-Abschnitten 10 bzw. 10' frei beweglich - ähnlich wie gemäß Fig. 1 - aufgenommen sind, wogegen in der Praxis tatsächlich, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Fig. 3 bis 9 ergeben wird, bevorzugt ein einziger, gemeinsamer, einheitlicher Schaltblock, mit beiden Schaltkörpern, vorgesehen wird.
Im übrigen sind in Fig. 2 für Komponenten, die jenen gemäß Fig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1, gegebenenfalls unter Hinzufügung eines Apostrophs, verwendet worden.
Gemäß Fig. 2 ist nicht nur im Kaltwasserzulauf vor der Heizeinrichtung 2 ein Schaltblock 7 mit einem beweglichen Schaltkörper 11 in einem Durchflußleitungs-Abschnitt 10 angeordnet, sondern darüber hinaus in der Auslaßleitung 4 nach der Heizeinrichtung 2 ein entsprechender Durchflußleitungs- Abschnitt 10' , mit einem ebenfalls frei beweglichen Schaltkör¬ per 11', an dessen Ausgangsseite dann der Wasserhahn bzw. das Auslaßventil 5 mit dem nachfolgenden Auslaß 6 angeschlossen ist. Die den beiden Schaltkörpern 11, 11' zugeordneten, in Fig. 2 nur schematisch veranschaulichten Positionsfühler, bei denen es sich ebenfalls vorzugsweise um optische Positions¬ fühler ähnlich jenen gemäß Fig. 1 handelt, sind über zuge¬ hörige Signalleitungen 20, 21 mit der der Heizeinrichtung 2 zugeordneten Schalteinheit 19 verbunden. Weiters ist im Be¬ reich des der Heizeinrichtung 2 nachgeschalteten Durchflußlei- tungs-Abschnitts 11' ein Temperaturfühler 22, vorzugszweise in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes, insbesondere eines NTC-Widerstandes, angeordnet, der über eine zugehörige Signalleitung 23 ebenfalls mit der Schalteinheit 19 verbunden ist. Die drei Signalleitungen 20, 21 und 23 sind in der Schalteinheit 19 derart logisch miteinander verknüpft, daß die Aktivierung der Heizeinrichtung 2 (für diese Aktivierung ist schematisch in Fig. 2 ein Schalter 24 in der Stromversorgung 25 der Heizeinrichtung 2 veranschaulicht) dann und nur dann erfolgt, wenn auf allen drei Signalleitungen 20, 21 und 23 entsprechende Steuersignale vorliegen, d.h. wenn beide Schalt¬ körper 11, 11' sich aus der Ruheposition in die Schaltposition bewegt haben, was bedeutet, daß ein Durchflußmengenwert ober¬ halb des vorherbestimmten Mindest-Durchfluß engenwerts vor¬ liegt, und wenn der NTC-Widerstand 22 eine Temperatur des er¬ wärmten Wassers unterhalb eines oberen Grenzwertes erfaßt. Es liegt somit eine logische Verknüpfung der drei Steuersignale, auf den Leitungen 20, 21 und 23, in der Art eines logischen "UND" vor, was schematisch in Fig. 2 mit dem Block 26 veran¬ schaulicht wurde. Selbstverständlich kann diese "UND"-Funk¬ tion je nach den Umständen mit jeder beliebigen, bekannten, insbesondere auch analogen Schaltungstechnik erzielt werden, wie dies vom Fachmann ohne weiteres bewerkstelligt werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 bis 9 ist ein einziger, einheitlicher Schaltblock 107 vorgesehen, der durch einen einteiligen Gehäuseblock 108 aus Acrylglas gebildet ist, in dem verschiedene nachstehend noch näher zu erläuternde Bohrungen vorgesehen sind, um die verschiedenen von Wasser zu durchfließenden Leitungen ebenso wie die Aufnahmeräume für die Elemente der Positionsfühler zu bilden. Diese Bohrungen sind an der Außenseite oder Oberfläche des Gehäuseblocks 108 dort, wo die verschiedenen Zulauf- und Auslaßleitungen anzuschließen sind, mit eingeschraubten Anschlußfittingen 127 (für die Kalt¬ wasser-Zulaufleitung), 128 (für die zur in Fig. 3 bis 9 nicht veranschaulichten Heizeinrichtung, 2 in Fig. 1 und 2, führende Ausgangsleitung, 15 in Fig. 1 und 2), 129 (für die von der Heizeinrichtung kommende Auslaßleitung, die in Fig. 1 und 2 mit 4 bezeichnet ist) und 130 (für die zur Armatur - 5 in Fig. 1 und 2 - führende Auslaßleitung) versehen; andererseits sind für die Bohrungen, an die an der Außenseite des Gehäuse¬ blocks 108 keine Leitungen anzuschließen sind, Verschlu߬ schrauben 131 bis 138 vorgesehen. Die Anschlußfittinge 127 bis 130 sowie die Verschlußschrauben 131 bis 138 sind jeweils unter Zwischenlage von O-Ringdichtungen 139 in die entsprechenden Bohrungen eingeschraubt.
Im Gehäuseblock 108 sind sodann auf der "kalten" Seite (entsprechend dem Block 7 in Fig. 2) zwei Bohrungen 140, 141 vorgesehen, von denen die eine, 140, die Hauptleitung (9 in Fig. 1) für den Durchfluß von Wasser bildet, wogegen die andere, 141, den den beweglichen Schaltkörper 111 (vgl. insbe¬ sondere Fig. 6 und 7) aufnehmenden Durchflußleitungs-Abschnitt (10 in Fig. 1) oder die Umgehungsleitung, wie oben erwähnt, bildet. Die die Umgehungsleitung bildende Bohrung 141 steht dabei über querverlaufende, durch die Verschlußschrauben 131 bzw. 132 an der Außenseite abgeschlossene Verbindungsleitungen oder -bohrungen 142 bzw. 143 mit der Hauptleitungs-Bohrung 140 bzw. der den Ausgangs-Anschlußfitting 128 aufnehmenden Ausgangsbohrung 114 in Verbindung.
Auf der "kalten" Seite des Gehäuseblocks 108 sind sodann zwei im rechten Winkel zueinander sowie auch zu den Bohrungen 140, 141 verlaufende Montagebohrungen 144 und 145 vorgesehen, wobei die eine, 144, zur Aufnahme einer Fotodiode 146 (s. auch Fig. -6 und 7) und die andere, 145, zur Aufnahme einer Licht¬ quelle in Form einer Glühlampe 147 (s. ebenfalls Fig. 6 und 7) dient. Die Glühlampe 147 und die Fotodiode 146 liegen dabei einander gegenüber, wobei zwischen ihnen die Umgehungslei¬ tungs-Bohrung 141 vorgesehen ist, in der der Schaltkörper 111 beweglich aufgenommen ist, so daß die Fotodiode 146 und die Glühlampe 147 zusammen einen optischen Positionsfühler oder Lichtschrankenschalter zur Erfassung der Position des Schalt¬ körpers 111 bilden. An diese Positionsfühler-Bauelemente 146, 147 sind entsprechende Stromversorgungs- und Signalleitungen angeschlossen, wie dies nur ganz schematisch in Fig. 7 bei 148 bzw. 149 veranschaulicht ist.
In entsprechender Weise sind auf der "heißen" Seite desGehäuseblocks 108 (entsprechend der in Fig. 2 nach der Heizeinrichtung 2 veranschaulichten Einheit mit den Elementen 7', 10' und 11') Leitungsbohrungen 140' und 141' für die Bildung der Hauptleitung bzw. der Umgehungsleitung oder des Durchflußleitungs-Abschnitts, die bzw. der den beweglichen Schaltkörper 111' aufnimmt, vorgesehen. Ein Unterschied zur "kalten" Seite ergibt sich hier nur insofern, als die in Fig. 3 nicht näher veranschaulichte Heizeinrichtung 2 über die Anschlußfittinge 128, 129 an der Oberseite des Gehäuseblocks 108 anzuschließen ist, so daß auf der "heißen" Seite der Wasserzulauf nicht von unten, wie auf der "kalten" Seite, sondern von oben, von der Heizeinrichtung 2 kommend, erfolgt. Demgemäß ist eine dritte vertikale Bohrung 150 auf der "heißen" Seite vorgesehen, die eine Zufuhrleitung für die Umgehungsleitungs-Bohrung 141' bildet. Der Hauptfluß des Wassers erfolgt, vom oberen Anschlußfitting 129 kommend, durch zueinander rechtwinkelig verlaufende horizontale Verbindungsbohrungen 151, 152 zur Hauptleitungs-Bohrung 140' und von dieser zum unteren Anschlußfitting 130. Um den in Fig. 3 nicht ersichtlichen Schaltkörper 111' (s. Fig. 6 und 7) in entsprechender Weise wie auch den Schaltkörper 111 auf der "kalten" Seite des Schaltblocks 107 bei Erreichen einer vorherbestimmten Durchflußmenge entgegen der auf ihn einwirkenden Schwerkraft zu heben, wird von oben, vom Anschlußfitting 129, über die Zufuhrleitungs-Bohrung 150 nach unten und über eine untere horizontale Verbindungsbohrung 153 der Umgehungleitungs-Bohrung 141 von unten im Nebenschluß ein Teil des Wassers zugeführt.
Weiters ist zwischen den zueinander parallelen, jedoch im Gegenstrom durchflossenen Bohrungen 140' , 141' eine untere horizontale Ausgleichsbohrung 154 zu ihrer Verbindung vorgesehen, wobei diese Ausgleichsbohrung 154 einen gegenüber den übrigen Bohrungsquerschnitten reduzierten Querschnitt aufweist, um so, von der Verbindungsbohrung 153 her kommend, einen Wasser-Rückstau herbeizuführen und dadurch den Schaltkörper 111' in der Umgehungsleitungs-Bohrung 141' bei Erreichen des vorherbestimmten Durchflußmengen-Wertes in die Höhe zu bewegen.
Zur Festlegung der Endpositionen der Schaltkörper 111, 111' einerseits in der unteren Ruheposition bzw. andererseits in der angehobenen oberen äußersten Schaltposition dienen die Verschlußschrauben 131, 136 bzw. 132, 135 als Anschläge, wobei diese Verschlußschrauben 131, 136, 132, 135 im eingeschraubten Zustand entsprechend weit in die jeweiligen Bohrungen 141 bzw. 141' hineinragen. Diese Anschlagfunktion ist für sich in der Zeichnung nicht näher dargestellt, ergibt sich jedoch indirekt aus der Darstellung beispielsweise in Fig. 6, wo die Schalt¬ körper 111, 111' in ihrer jeweiligen untersten Ruheposition, in Ausrichtung zu den jeweiligen Querbohrungen 142 bzw. 154, veranschaulicht sind, wobei die jeweiligen Verschlußschrauben, z.B. 131, 136, axial zu diesen Querbohrungen 142, 154 ausge¬ richtet sind und ihnen hinsichtlich ihres Umfanges entsprechen. "Ähnliches gilt auch für die oberen Anschläge in Verbindung mit den Querbohrungen 143 bzw. 152.
Schließlich sind auch auf der "heißen" Seite in Ent¬ sprechung zur "kalten" Seite Aufnahme- oder Montagebohrungen 144', 145' zur Anbringung einer Fotodiode 146' bzw. einer Glühlampe 147' zur Bildung des optischen Positionsfühlers auf der "heißen" Seite des Schaltblocks 107 vorgesehen, vgl. außer Fig. 3 insbesondere auch die Darstellung in Fig. 6 und 7.
Zu erwähnen ist noch, daß in den Fig. 4, 5 sowie 8 und 9 nur der Gehäuseblock 108, ohne Anschlußfittinge und Verschlu߬ schrauben, dargestellt ist, wobei in der Zeichnung schematisch an den Bohrungsmündungen jeweils durch in Klammern angegebene Bezugszahlen angedeutet ist, welche Anschlußfittinge bzw. Verschlußschrauben jeweils anzubringen sind.
Aus den Fig. 3, 4 und 8 ist schließlich noch ersichtlich, daß an der Rückseite des Gehäuseblocks 108 Montagebohrungen 156, 157 und 158 zur Befestigung des Schaltbocks 107 an einer nicht näher veranschaulichten Tragkonstruktion vorgesehen sind.
Die verschiedenen Anschlußfittinge 127 bis 130 und Ver¬ schlußschrauben 131 bis 138 können beispielsweise aus Messing bestehen.
In der der unteren linksseitigen Verbindungsbohrung 153 zugeordneten Verschlußschraube 134 ist sodann beispielsweise ein an der Stirnseite freiliegender NTC-Widerstand als Temperaturfühler 122 eingebaut, z.B. eingegossen, vgl. die Darstellung in Fig. 6, wobei dieser Temperaturfühler 122 über eine Leitung 123 - entsprechend der Leitung 23 in Fig. 2 - mit der in den Fig. 3 bis 9 nicht näher veranschaulichten elektrischen Schalteinheit (vgl. Fig. 10) verbunden ist.
In Fig. 10 ist ein Blockschaltbild zur sσhematischen Veranschaulichung einer Ausführungsform der für das Aus- und Einschalten der Heizeinrichtung 2 sowie für eine Leistungs¬ regelung verantwortlichen Schalteinheit 19 gezeigt. Beispiels¬ weise sei angenommen, daß ein Dreiphasensystem mit den drei Phasen Ll, L2, und L3, einem Null-Leiter N sowie einer Schutz¬ erde 160 zur Verfügung steht, und dementsprechend sind drei elektrische Heizwiderstände 161, 162 und 163 an die drei Phasen Ll, L2 und L3 angeschlossen. Diese drei Heizwiderstände 161 bis 163 bilden die vorerwähnte Heizeinrichtung 2. Diese Heizwiderstände 161, 162, 163 sind über als Schalter (vgl. den Schalter 24 in Fig. 2) vorgesehene Thyristoren 164, 165 und 166 mit den zugehörigen Phasen Ll, L2 und L3 verbunden. Die Steuerelektroden der drei Thyristoren 164, 165 und 166 sind an den Ausgang eines Null-Durchgangsdetektors 167 angeschlossen, welcher mit drei Eingängen an die drei Phasen Ll, L2 und L3 angeschlossen ist und dann, wenn die Heizeinrichtung 2 ein- bzw. auszuschalten ist, im jeweiligen Null-Durchgang der einzelnen Phasen ein Schaltsignal an die Steuerelektroden der Thyristoren 164, 165 und 166 abgibt. Auf diese Weise treten während des Betriebs keine Spannungssprünge auf bzw. werden Störspannungen vermieden.
Die Heizleistung bzw. Drehstromleistung ist bei der vor¬ liegenden Ausführungsform durch die prozentuale Einschaltdauer der Thyristoren 164, 165 und 166 einstellbar, wozu ein Lei¬ stungs-Stellglied 168, z.B. mit einem nicht näher gezeigten, stufenlos einstellbaren Potentiometer vorgesehen ist. Die Zuführung der von den beiden Positionsfühlern (Fotodioden 146, 146') bzw. vom Temperaturfühler 122 abgegebenen Steuer- .der Schaltsignale ist in Fig. 10 schematisch veranschaulicht, wobei eine zugehörige, an sich in unterschiedlichsten Formen realisierbare Steuerelektronik 169 vorgesehen ist, an deren Ausgang der Null-Durchgangsdetektor 167 angeschlossen ist.
Im Betrieb wird ein entsprechendes Steuersignal an den Null-Durchgangsdetektor 167 nur dann abgegeben, wenn beide Positionsfühler, d.h. beide Fotodioden 146, 146', einen Wechsel des jeweiligen Schaltkörpers 111 bzw. 111' aus der Ruheposition in die obere Schaltposition feststellen, d.h. wenn sie Licht empfangen, und wenn gleichzeitig der NTC- Widerstand 122 eine Wassertemperatur unterhalb eines vorherbestimmten oberen Grenzwertes feststellt. Über die Steuerelektronik 169 werden dabei an den Null- Durchgangsdetektor 167 entsprechende Steuerimpulse angelegt, die die Aufsteuerung der Thyristoren 164, 165 und 166 bewirken, so daß der Laststrom durch die Thyristoren 164, 165 und 166, je nach Einstellung des Leistungs-Stellglieds 168, zeitweise durchgelassen wird. Hiefür kann beispielsweise innerhalb der Steuerelektronik 169 ein Taktgeber (nicht näher veranschaulicht) vorgesehen sein. Der Null-Durchgangsdetektor 167 bewirkt dabei, daß von den Thyristoren 164, 165 und 166 immer vollständige Halbwellen durchgelassen werden.
Sobald auch nur einer der Schaltkörper 111, 111' wieder nach unten in seine Ruheposition fällt, oder aber sobald der NTC-Widerstand 122 einen Temperaturanstieg über den vorge¬ gebenen Grenzwert feststellt, werden die Thyristoren 164, 165, 166 über den Null-Durchgangsdetektor 167 gesperrt, d.h. die Heizeinrichtung 2 wird abgeschaltet. Dies^kann beispielsweise auf eine Drosselung der Durchflußmenge mit Hilfe der Armatur (Auslaßventil 5 in Fig. 1 und 2) zurückzuführen sein.
Im übrigen kann hinsichtlich der Funktionsweise auf die bereits vorstehend enthaltenen Erläuterungen verweisen werden. In einer zu Testzwecken gebauten praktischen Ausführungs- form mit einer Heizleistung von 9 kW betrugen die Durchmesser der verschiedenen, die Hauptleitungen, Umgehungsleitungen und Verbindungsleitungen bildenden Bohrungen 6,5 mm, und der Durchmesser der stabförmig-zylindrischen Schaltkörper 111 bzw. 111' betrug 6 mm. Die Länge der Hauptleitungs-Bohrungen 140, 140' und der Umgehungsleitungs-Bohrungen 141, 141' betrug ungefähr 34 mm, und die Länge der Schaltkörper 111 bzw. 111' betrug ungefähr 20 mm. Der Durchmesser der Ausgleichsbohrung 154 betrug ebenso wie der Durchmesser der Aufnahmebohrungen 145 bzw. 145' für die Glühlampen 147 bzw. 147' 3,3 mm, wogegen der Durchmesser der Aufnahmebohrungen 144 bzw. 144' für die Fotodioden 146 bzw. 146' 5,5 mm betrug. Die zwischen der jeweiligen Umgehungsleitungs-Bohrung 141 bzw. 141' und den Aufnahmebohrungen 144, 144' bzw. 145, 145' für die Fotodioden 146, 146' bzw. Glühlampen 147, 147' verbleibende Acrylharz- Materialstärke betrug ungefähr 2 bzw. 2,5 mm.
Wenn die Erfindung vorstehend anhand von besonders bevor¬ zugten Ausführungsbeispielen näher erläutert wurde, so sind doch selbstverständlich im Rahmen der Erfindung weitere Ab¬ wandlungen und Modifikationen möglich. So ist es insbesondere auch möglich, anstatt der durch die Fotodioden und Lichtquel¬ len gebildeten optischen Positionsfühler auch induktive Nähe¬ rungsschalter oder kapazitive Positionsfühler - in entspre¬ chend adaptierten Bohrungen - unterzubringen. Auch wäre es im Prinzip denkbar, die "kalte" und die "heiße" Seite des Schalt¬ blocks 107 zu trennen, d.h. zwei gesonderte Gehäuseblöcke hie¬ für vorzusehen, wie im Schema von Fig. 2 gezeichnet, und/oder es wäre auch denkbar, die "heiße" Seite des Schaltblocks mit der Unterseite an die Heizeinrichtung anzuschließen, d.h. das von der Heizeinrichtung 2 kommende Warmwasser an der Unter¬ seite des Schaltblocks zuzuführen, ähnlich wie auf der "kalten" Seite das Kaltwasser an der Unterseite zugeführt wird, und die zum Auslaßventil führende Leitung dann an der Oberseite des Schaltblocks anzuschließen. Auf diese Weise könnte auch die gesonderte Zuführleitungs-Bohrung 150 er¬ übrigt werden. Aus Montagegründen, für eine kompakte, ge drängte Bauweise des Schaltblocks zusammen mit der Heizeinrichtung, wird jedoch die vorstehend anhand der Fig. 3 bis 9 erläuterte Ausführungsform bevorzugt.

Claims

Patentansprüche:
1. Schaltvorrichtung (1) für Durchlauferhitzer, mit einer, einer Wasser-Durch lußleitung zugeordneten Fühlereinrichtung für das fließende Wasser, an die eine Schalteinheit (19) für eine zum Erwärmen des Wassers vorgesehene Heizeinrichtung (2) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerein¬ richtung einen in einem Durchflußleitungs-Abschnitt (10, 10'; 141, 141') beweglich angeordneten Schaltkörper (11, 11'; 111, 111'), der durch das strömende Wasser bei einer vorherbestimmten Durchflußmenge aus einer Ruheposition in eine Schaltposition bewegbar ist, und einen diese Positionsänderung des beweglichen Schaltkörpers (11, 11'; 111, 111' ) erfassenden Positionsfühler (16, 16') aufweist, der mit der Schalteinheit (19) für die Heizeinrichtung (2) verbunden ist.
2. Sσhaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in Wasserfließrichtung sowohl vor als auch nach der Heizeinrichtung (2) jeweils in einem Durchflußleitungs- Abschnitt (10, 10'; 141, 141') ein beweglicher Schaltkörper (11, 11'; 111, 111' ) angeordnet ist, dem ein jeweiliger Positionsfühler (16, 16') zugeordnet ist.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Heizeinrichtung (2) von der Schalteinheit (19) nur dann aktivierbar ist, wenn beide Positionsfühler (16, 16') eine Positionsänderung der beweglichen Schaltkörper (11, 11'; 111, 111') aus der Ruheposition in die Schaltposition erfaßt haben.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jenem Durchflußleitungs-Abschnitt (10'; 141'), der der Heizeinrichtung (2) nachgeordnet ist, zur Erfassung der Temperatur des erwärmten Wassers ein Temperaturfühler (22; 122) zugeordnet ist, der als Sicherheitsschaltelement gegen Überhitzung mit der Schalteinheit (19) verbunden ist.
5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Temperaturfühler (22; 122) durch einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere NTC-Widerstand, gebildet ist.
6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Durchflußleitungs- Abschnitt (10, 10'; 141, 141') mit Schaltkörper (11, 11'; 111, 111') eine im Nebenschluß zu einer Hauptleitung (9; 140, 140') für den Wasserdurchfluß angeordnete Umgehungsleitung ist.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (10) einen kleineren Durchflußquerschnitt als die Hauptleitung (9) aufweist.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Umgehungsleitung (141, 141') aus einem über Verbindungsleitungen (142, 143, 152, 154) mit der Hauptleitung (140, 140') verbundenen geradlinigen Leitungs-Abschnitt besteht, in dessen beiden Endbereichen die beiden Positionen des Schaltkörpers (111, 111'), die Ruheposition und die Schaltposition, festgelegt sind.
9. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. beide Positionsfühler (16, 16') sowie der bzw. beide bewegliche(n) Schaltkörper (11, 11'; 111, 111') in einem gemeinsamen, den bzw. die Durchflu߬ leitungs-Abschnitt^) (10, 10'; 141, 141') sowie gegebenen¬ falls die Haupt- und Verbindungsleitungen (9; 140, 140', 142, 143, 152, 154) enthaltenden Gehäuseblock (8; 108) angeordnet sind.
10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Gehäuseblock (8; 108) ein einteiliger Kunststoffblock, vorzugsweise aus Acrylglas, ist.
11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Durchflußleitungs-Abschnitt (10, 10'; 141, 141') sowie gegebenenfalls die Haupt- und Verbindungsleitungen (9; 140, 140', 142, 143, 152, 154) durch (eine) Bohrung(en) gebildet ist bzw. sind, die an der Blockoberfläche mit Anschlußfittingen (127, 128, 129, 130) bzw. gegebenenfalls Verschlußschrauben (131 bis 138) versehen ist bzw. sind.
12. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (2) eine elektrische Widerstands-Heizeinrichtung ist.
13. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Positionsfühler durch einen mit einer Lichtquelle (17; 147, 147' ) und einem dieser Lichtquelle gegenüberliegenden Fotoelement (18; 146, 146') aufgebauten Lichtschrankenschalter gebildet ist.
14. Schaltvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Fotoelement (18) ein Fototransistor ist.
15. Schaltvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Fotoelement (146, 146' ) eine Fotodiode ist.
16. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Positionsfühler durch einen induktiven Näherungsschalter gebildet ist.
17. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Positionsfühler durch einen kapazitiven Positionsfühler gebildet ist.
18. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder bewegliche Schaltkörper (11, 11'; 111, 111') ein metallischer Körper ist.
19. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da¬ durch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Schaltkörper (11, 11'; 111, 111') stabförmig und der zugehörige Durchflu߬ leitungs-Abschnitt (10, 10'; 141, 141') geradlinig ausgebildet ist.
20. Schaltvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Schaltkörper (11, 11'; 111, 111' ) kreis¬ zylindrisch ist.
21. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder einen beweglichen Schaltkörper (11, 11'; 111; 111' ) enthaltende Durchflußlei¬ tungs-Abschnitt (10, 10'; 141, 141') geradlinig ausgebildet und vertikal angeordnet ist.
22. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Ruheposition und die äußerste Schaltposition des bzw. jedes beweglichen Schalt¬ körpers durch Endanschläge (131, 136 bzw. 132, 135) definiert sind.
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