AT219737B

AT219737B - Schalteinrichtung für elektrische Wärmegeräte

Info

Publication number: AT219737B
Application number: AT66061A
Authority: AT
Inventors: Martin Dipl Ing Benkert; Hermann Dipl Ing Gerds; Paul-Alexander De Thouzellier
Original assignee: Siemens Elektrogeraete Gmbh
Priority date: 1960-02-16
Filing date: 1961-01-26
Publication date: 1962-02-12

Description

Schalteinrichtung für elektrische Wärmegeräte
Zur Einstellung der Energiezufuhr bei elektrischen Wärmegeräten sind sogenannte Energieregler be- kannt, die auch Leistungstakter oder Simmerstaten genannt werden. Dabei wird die zugeführte Energie impulsweise mit Hilfe mechanischer Kontakte geschaltet und eine stetige Einstellung des Mittelwertes der zugeführten Energie ist durch Beeinflussung des Ein - zu Ausschaltverhälmisses möglich.

Diese bekannten Energieregler weisen den Nachteil auf, dass sie mit dauernd arbeitenden mechani- schen Kontakten für die starken Heizströme arbeiten, was Anlass zu Funkstörungen geben kann und die Gefahr des Verschweissens der Kontakte mit sich bringt.

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zur Einstellung der Energiezufuhr bei elektrischen Wärmegeräten und stellt eine Anwendung von Stoffen dar, deren elektrischer Widerstandswert in einem bestimmten von ihrer Zusammensetzung abhängigen Temperaturbereich mit steigender Temperatur sehr stark, nahezu sprunghaft, zunimmt, z. B. um etwa eine Zehnerpotenz bei etwa 200 Temperaturanstieg in einem bestimmten Temperaturbereich. Dies wird durch Fig. 1 erläutert, welche die beispielsweise Abhängigkeit des Widerstandswertes Q eines Kaltleiters von der Temperatur t darstellt.

Die Erfindung besteht darin, dass zum mindesten ein Teil des Heizstromes über einen nicht in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät stehenden Kaltleiter geführt ist, welcher eine Heizeinrichtung besitzt, deren Heizwirkung auf den Kaltleiter einstellbar ist. Dies lässt sich z. B. in der Weise durchführen, dass die Heizeinrichtung durch eine in Wärmekontakt mit dem Kaltleiter stehende Heizwicklung gebildet ist. Dabei kann die Heizwicklung mit dem Kaltleiter in Serie geschaltet oder in einem parallel zum Kaltleiter liegenden Stromkreis geschaltet sein.

Zur Erzielung einer einstellbaren Heizwirkung auf den Kaltleiter kann die Heizwirkung beispielsweise in Stufen geschaltet werden oder über einen einstellbaren Widerstand angeschlossen sein. In weiterer Durchbildung der Erfindung liegt der Kaltleiter mit seiner Heizeinrichtung in Serie zum Wärmegerät oder parallel zum Wärmegerät oder auch parallel zu einem Teil des Wärmegerätes.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kaltleiter mit seiner Heizwicklung parallel zu einer im Stromkreis des Wärmegerätes liegenden Schaltungsanordnung geschaltet, die z. B. durch einen weiteren Kaltleiter gebildet wird, wobei dieser vorteilhaft in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät steht. Dabei ist es auch möglich, parallel zu dem weiteren Kaltleiter eine einstellbare Impedanz und/oder eine Einrichtung zur einstellbaren Zusatzbeheizung des weiteren Kaltleiters vorzusehen.

Ausser der Vermeidung der genannten mit den mechanischen Kontakten verbundenen Nachteile der üblichen Energieregler weist die Erfindung andere beträchtliche Vorteile auf. Zum Beispiel kann die kontaktlose Schalteinrichtung gemäss der Erfindung mit Vorteil dazu verwendet werden, um die verhältnismässig starken Heizströme der Kochplatten eines Elektroherdes fernzuschalten. Weiter ist es möglich, mit Hilfe der kontaktlosen Schalteinrichtung gemäss der Erfindung beim Betrieb elektrischer Kochplatten ein Anwärmen des Kochgutes mit voller Leistung und einen selbsttätigen Übergang auf eine vorbestimmte Kochleistung im richtigen Zeitpunkt zu erzielen.

Es ist oftmals vorteilhaft, die Einstellung der Energiezufuhr bei elektrischen Wärmegeräten vom Ein- fluss der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur unabhängig oder gegebenenfalls genähert unabhängig zu machen. Dies wird bei der kontaktlosen Schalteinrichtung gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die
Beheizung des Kaltleiters zusätzlich in Abhängigkeit von der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur beein- i flusst wird.

Dies lässt sich z. B. in der Weise verwirklichen, dass zur zusätzlichen Beeinflussung des Kaltleitersein
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negativem Temperaturkoeffizienten, z. B.Temperaturkoeffizienten z. B. der Heizwicklung des Kaltleiters parallelgeschaltet sein. Eine andere Mög- lichkeit besteht beispielsweise darin, dass der Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten die zu- sätzliche Beheizung des Kaltleiters über eine getrennte Heizwicklung des Kaltleiters bewirkt.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Widerstand mit negativem Temperaturkoeffi- zienten über ein Einstellglied, z. B. über einen einstellbaren Widerstand angeschlossen.

Die Einstellung der Heizwirkung der Heizwicklung auf den Kaltleiter lässt sich auch durch rein me- chanische Mittel bewirken, was für manche Anwendungszwecke vorteilhaft und auch billiger als elektri- sche Schaltmassnahmen sein kann. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Einstellung der Heizwirkung der Heizwicklung auf den Kaltleiter bei einer Schalteinrichtung mindestens teilweise mit mechanischen
Mitteln bewirkt wird. Dabei kann die Einstellung der Heizwirkung auf den Kaltleiter z. B. durch eine me- chanische Verdrehung der Heizwicklung oder durch eine mechanische Verdrehung des Kaltleiters oder durch Zwischenschieben einer Blende, z. B. einer drehbaren Aluminiumscheibe zwischen Heizwicklung und Kaltleiter oder durch Wegklappen der Heizwicklung und/oder des Kaltleiters bewirkt werden.

In der Zeichnung sind Schaltbeispiele dargestellt, welche die Erfindung erläutern, ohne dass die Er- findunghierauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Teile in den Figuren der Zeichnung mit gleichen Be- zugszeichen versehen, u. zw. bedeuten
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<tb>
<tb> A <SEP> und <SEP> B <SEP> die <SEP> Klemmen <SEP> zum <SEP> Anschluss <SEP> der <SEP> Netzspannung,
<tb> 1 <SEP> den <SEP> Heizwiderstand <SEP> des <SEP> Wärmegerätes,
<tb> 2 <SEP> den <SEP> nicht <SEP> in <SEP> Wärmekontakt <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Wärmegerät <SEP> stehenden
<tb> Kaltleiter,
<tb> 3 <SEP> die <SEP> Heizwicklung <SEP> des <SEP> Kaltleiters,

<tb> 4 <SEP> den <SEP> einstellbaren <SEP> Widerstand <SEP> zur <SEP> Einstellung <SEP> der <SEP> Heizwirkung <SEP> auf <SEP> den <SEP> Kaltleiter <SEP> und
<tb> 5 <SEP> den <SEP> Stufenschalter <SEP> zur <SEP> Einstellung <SEP> der <SEP> Heizwirkung <SEP> der
<tb> Heizwicklung <SEP> 3 <SEP> auf <SEP> den <SEP> Kaltleiter <SEP> 2.
<tb>

In Fig. 2 ist die Heizwicklung 3 mit dem Stufenschalter 5 und mit dem Kaltleiter 2 in Serie geschaltet, Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten kontaktlosen Schalteinrichtung ist die folgende : Beim Einschalten, d. h. beim Anlegen der Netzspannung an die Klemmen A und B ist der Kaltleiter 2 zunächstniederohmig, so dass ein kräftiger Heizstrom durch die Heizwicklungi des Wärmegerätes fliesst. Durch die Heizwicklung 3, deren Heizwirkung auf den Kaltleiter 2 mittels des Stufenschalters 5 veränderbar ist, wird der Kaltleiter 2 er- wärmt, so dass er nach Überschreiten einer bestimmten Temperatur fast sprungartig sehr hochohmig wird, wodurch sich der durch die Heizwicklung 1 des Wärmegerätes fliessende Heizstrom und auch der Strom durch die Eigenheizwicklung 3 des Kaltleiters 2 stark vermindert.

Infolge der unvermeidlichen thermischen Trägheit des Kaltleiters 2 vergeht nun eine gewisse Zeit, bis der Kaltleiter 2 sich so weit abgekühlt hat, dass sowohl durch die Heizwicklung 1 des Wärmegerätes als auch durch die Eigenheizwicklung 3 des Kaltleiters 2 wieder ein stärkerer Strom fliesst. Der Strom durch die Heizwicklung 3 schwankt also impulsförmig zwischen verhältnismässig grossen und verhältnismässig kleinen Werten. Durch den Stufenschalter 5 lässt sich die Heizwirkung der Heizwicklung 3 auf den Kaltleiter 2 verschieden stark einstellen. Mittels des Stufenschalters 5 ist also eine Einstellung des Mittelwertes der dem Heizwiderstand 1 des Wärmegerätes zugeführten Energie möglich.

Wenn diese Einstellung stufenlos erfolgen soll, so ist an Stelle des Stufenschalters 5 die Verwendung eines kontinuierlich einstellbaren, der Heizwicklung 3 vorgeschalteten Widerstandes möglich.

Wie Fig. 2 erkennen lässt, arbeitet der Kaltleiter mit seiner Heizwicklung in diesem Falle wie ein sogenannter Impulsregler, mit dem besonderen Vorteil, dass das impulsförmige Ein- und Ausschalten des Heizstromes nicht mittels mechanischer Kontakte erfolgt.

Die Serienschaltung nach Fig. 2 lässt sich in verschiedener Weise ausführen. So zeigt z. B. Fig. 3 eine Abart von Fig. 2, bei der die Heizwicklung 3 und der einstellbare Widerstand 4 parallel zum Heizwiderstand 1 des Wärmegerätes liegen, wobei sowohl der Strom durch die Heizwicklung 1 des Wärmegerätes als auch durch die Heizwicklung 3 des Kaltleiters über den Kaltleiter 2 fliessen.

In Fig. 4 sind Kaltleiter 2, Heizwicklung 3 und einstellbarer Widerstand 4 für sich in Serie und als Ganzes parallel zum Heizwiderstand 1 des Wärmegerätes gelegt, während in Fig. 5 die Serienschaltung von Kaltleiter 2, Heizwicklung 3 und einstellbarem Widerstand 4 parallel zu einem Teil der Heizwicklung 1 des Wärmegerätes liegen.

5 Eine für viele Fälle besonders wertvolle Anwendung der kontaktlosen Schalteinrichtung gemäss der Erfindung zeigt Fig. 6, bei der die Heizwicklung 1 des Wärmegerätes über den zusätzlichen, in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät stehenden Kaltleiter 6 mit der an die Klemmen A und B angeschlossenen Netzspannung verbunden ist. Zu dem in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät stehenden Kaltleiter 6 ist die Reihenschaltung des Kaltleiters 2, der nicht in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät steht, der Heiz- ) wicklung 3 für den Kaltleiter 2 und des einstellbaren Vorwiderstandes 4 zur Einstellung der Heizwirkung der Heizwicklung 3 auf den Kaltleiter 2 parallelgeschaltet.

Diese Einrichtung wirkt so, dass der aus dem Kaltleiter 2, der Heizwicklung 3 und dem einstellbaren Vorwiderstand 4 gebildete Energieregler nach dem Anlegen der Netzspannung an die Klemmen A und B durch den zunächst kalten und daher niederohmigen Kaltleiter 6 kurzgeschlossen ist. Es fliesst also zunächst ein kontinuierlicher, starker Heizstrom i durch die Heizwicklung 1 des Wärmegerätes. Sobald eine bestimmte Temperatur im Wärmegerät erreicht ist, wird der Kaltleiter 6 hochohmig und der Energieregler 2,3, 4 beginnt zu arbeiten. An Stelle des zunächst kontinuierlich fliessenden starken Heizstrom es durch die Heizwicklung 1 erfolgt eine Taktung, d. h. der Strom durch die Heizwicklung 1 schwankt entsprechend der Taktung des Energiereglers 2,3, 4 zwischen verhältnismässig starken und schwachen Werten.

Durch Einstellung des Vorwiderstandes 4 kann das ) Verhältnis der Zeiten starker Heizströme zu den Zeiten schwacher Heizströme, und damit die mittlere zugeführte Energie eingestellt werden. Bei geeigneter Wahl des Kaltleiters 6 ergibt die in Fig. 6 dargestellte Schaltung unter anderem die Möglichkeit, mit einer Kochplatte eine Anwärmung mit vollem Heizstrom und einen selbsttätigen Übergang auf eine vorbestimmte, am Widerstand 4 eingestellte Kochleistung im richtigen Zeitpunkt zu erzielen.

In der für eine Ferneinstellung des Heizstromes eines Wärmegerätes besonders geeigneten Schaltung nach Fig. 7 liegt die Heizwicklung 3 mit dem einstellbaren Widerstand 4 parallel zum Kaltleiter 2 und die ganze Anordnung 2,3, 4 ist in Serie mit der Heizwicklung 1 des Wämlegerätes geschaltet, während die in gleicher Weise wie in Fig. 7 kombinierten Schaltelemente 2,3 und 4 in Fig. 8 parallel zum Heizleiter 1 des Wärmegerätes und in Fig. 9 parallel zu einem Teil der Heizwicklung 1 des Wärmegerätes liegen.

In Fig. 10 ist wie in Fig. 6 ein zusätzlicher Kaltleiter 6 vorgesehen, der in Wärmekontakt mit der Heizwicklung 1 des Wärmegerätes steht. Dabei ist die aus Kaltleiter 2, Heizwicklung 3 und einstellbarem Widerstand 4 bestehende Schaltungsanordnung parallel zum Kaltleiter 6 geschaltet.

In Fig. 11 ist die Heizwicklung 3 mit dem Stufenschalter 5 und dem Kaltleiter 2 sowie mit dem Heizwiderstand 1 des Wärmegerätes in Serie geschaltet. Zu der Heizwicklung 3 mit vorgeschaltetem Stufenschalter ist ein Widerstand 10 mit negativem Temperaturkoeffizienten über einen einstellbaren Widerstand 11 angeschlossen.
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2, der Heizwicklung 3 und des Stufenschalters 5 wie in Fig. 11 dargestellt. Der Widerstand 10 mit negativem Temperaturkoeffizienten ist aber in diesem Fall über eine getrennte Heizwicklung 12 und einen einstellbaren Widerstand 11 unmittelbar mit der an den Klemmen A und B angeschlossenen Netzspannung verbunden.

In Fig. 13 geht der gesamte Strom des Heizwiderstandes 1 des Wärmegerätes über den Kaltleiter 2, während die Heizwicklung 3 über ein an die Netzspannung (Klemmen A und B) angeschlossenes Potentiometer 13 angeschlossen ist. Der Heissleiter 10 ist wie in Fig. 12 über eine getrennte Heizwicklung 12 und den einstellbaren Widerstand 11 unmittelbar an die Netzspannung angeschlossen.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 11-13 dargestellten Ausführungsbeispiele ist die folgende : In Fig. 11 bewirkt der Widerstand 10 mit negativem Temperaturkoeffizienten eine Shllntung der Wirkung der Heizwicklung 3 den Kaltleiter 2, u. zw. wird die Heizwicklung 3 umsomehr kurzgeschlossen, je höher die Umgebungs-bzw. Raumtemperatur ist, der der Widerstand 10 mit negativem Temperaturkoeffizienten ausgesetzt ist.

Bei passender Dimensionierung und entsprechend gewählter Einstellung des Vorwiderstandes 11 lässt sich mit den Schaltungen nach Fig. 11-13 und auch entsprechenden Abwandlungen dieser Schaltungen eine weitgehende Kompensation des Einflusses der Umgebungs-bzw. Raumtemperatur auf das Arbeiten der durch den Kaltleiter 2 bewirkten Energieregelung erreichen.

In Fig. 14 ist die an den Klemmen A und B angelegte Netzspannung über den Kaltleiter 2 und die

Heizwicklung 3 (deren Strom ebenfalls vom Kaltleiter mitgesteuert wird) mit dem Heizwiderstand 1 des Wärmegerätes verbunden. Die Heizwirkung der Heizwicklung 3 auf den Kaltleiter 2 soll zur kontaktlosen
Einstellung der elektrischen Energiezufuhr zum Wärmegerät einstellbar sein, was in Fig. 14-durch den
Doppelpfeil 4 angedeutet ist.

Fig. 15 zeigt den Kaltleiter 20, der mit der um den Punkt 21 schwenkbaren Heizwicklung 22 ver- sehen ist.

In Fig. 16 ist der Kaltleiter 20 mit der an-und abklappbaren Heizwicklung 23 versehen.

In Fig. 17 befindet sich zwischen dem Kaltleiter 20 und der Heizwicklung 24 eine um den Punkt 26 verdrehbare Blende 25.

In den angeführten Ausführungsbeispielen wird durch die Einstellung der Heizwirkung auf den Kalt- leiter eine kontaktlose und z. B. stufenlose Einstellung der mittleren, dem Wärmegerät zugeführten Lei- stung erzielt. Die vorgeschlagene rein mechanische Einstellung der Heizwirkung gemäss der Erfindung lässt sich in vielen Fällen in besonders einfacher und billiger Weise durchbilden.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktlose Schalteinrichtung zur Einstellung der elektrischen Energiezufuhr bei elektrischen
Wärmegeräten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Heizstromes über einen nicht in
Wärmekontakt mit dem Wärmegerät stehenden Kaltleiter geführt ist, welcher eine Heizeinrichtung besitzt, deren Strom von der Temperatur des Kaltleiters abhängig ist und deren Heizwirkung auf den Kalt- leiter einstellbar ist.

Claims

2. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung durch eine in Wärmekontakt mit dem Kaltleiter stehende Heizwicklung gebildet ist.

3. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwicklung in Serie mit dem Kaltleiter geschaltet ist.

4. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwicklung in einem parallel zum Kaltleiter liegenden Stromkreis geschaltet ist.

5. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- wicklung in Stufen schaltbar ist. in Stufen schaltbar ist.

6. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwicklung über einen einstellbaren Widerstand angeschlossen ist.

7. Kontaktlose Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter mit seiner Heizeinrichtung in Serie zum Wärmegerät liegt.

8. Kontaktlose Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter mit seiner Heizeinrichtung parallel zum Wärmegerät liegt.

9. Kontaktlose Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter mit seiner Heizeinrichtung parallel zu einem Teil des Wärmegerätes liegt.

10. Kontaktlose Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltleiter mit seiner Heizwicklung parallel zu einer im Stromkreis des Wärmegerätes liegenden Schaltungsanordnung liegt.

11. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein weiterer Kaltleiter ist.

12. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Kaltleiter gebildete Schaltungsanordnung in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät steht.

13. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem weiteren Kaltleiter eine einstellbare Impedanz liegt.

14. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kaltleiter eine Einrichtung zur einstellbaren Zusatzbeheizung besitzt.

15. Kontaktlose Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung des Kaltleiters zusätzlich in Abhängigkeit von der Umgebungs-bzw. Raumtemperatur beeinflusst wird.

16. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Beeinflussung des Kaltleiters ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, z. B. ein sogenannter Heissleiter (10) benutzt ist, welcher der Umgebungs- bzw. Raumtemperatur ausgesetzt ist. <Desc/Clms Page number 5>

17. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (10) mit negativem Temperaturkoeffizienten der Heizwicklung (3) des Kaltleiters (2) parallelgeschaltet ist.

18. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (10) mit negativem TemperatUrkoeffizienten die zusätzliche Beheizung des Kaltleiters über eine getrenn- te Heizwicklung (12) des Kaltleiters (2) bewirkt.

19. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wi- derstand (10) mit negativem Temperaturkoeffizienten über ein Einstellglied, z. B. einen einstellbaren Wi- derstand (11) angeschlossen ist.

20. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Heizwirkung der Heizwicklung auf den Kaltleiter mindestens teilweise mit mechanischen Mitteln be- wirkt wird.

21. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Heizwirkung durch Verdrehung der Heizwicklung bewirkt wird.

22. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Heizwirkung durch eine Verdrehung des Kaltleiters bewirkt wird.

23. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Heizwirkung durch Zwischenschieben einer Blende, z. B. einer drehbaren Aluminiumscheibe, zwi- schen Heizwicklung und Kaltleiter bewirkt wird.

24. Kontaktlose Schalteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Heizwirkung durch Wegklappen der Heizwicklung und bzw. oder des Kaltleiters bewirkt wird.