-
Bimetallschalter zur Einstellung und Regelung der Leistungsaufnahme
von elektrischen kochplatteri Die Erfindung betrifft einen Bimetallschalter zur
Eistellung und Regelung der Leistung$aufnahme von elektrischen. Kochplatten, mit
einem eine Aeizwicklung tragenden ArbeitsbimietalL, welches einen Schnappkontakt
steuert, wobei letzterer den Stromkreis für diese Heizwicklung und den in Reihe
hierzu liegenden Heizwiderstand für die Kochplatte periodisch unterbricht, ferner
mit einer parallel zur Heizwicklung des Arbeitsbimetalls liegenden Reihenschaltung
aus einem in die Kochplatte eingebauten temperaturabhängigen Widerstand und einem
durch einen: Schalter überbrückbaten Verstimmungswiderstand, sowie ferner mit einem
Kompensationsbimetall, welches über- einen schwenkbaren Hebel mit demArbeitsbimetall
in starrer Tierbindung steht. . Bei Bmetallsehaltern der vorgenannten Art wird der.
Kochplatte während der Ankochzeit, innerhalb eines@stets konstant bleibenden Zeitraumes,
eine gegenüber der Fortkochstufe um ein Mehrfaches erhöhte Leistung zugeführt. Ein
solcher Bimetallsuhalter ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 908
042 beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine
solche Art
deä Anköchens nicht die optimale Lösung darstellt, da hierbei nicht die Art und
die Menge des Kochgutes ausreichend#, berücksichtigt werden kann. Die Ankächzeit
und Ankochleistung kann nur auf ein ."mittleres" Kochgut abgestellt werden. Kleine
Kochgutmengen werden daher zu schnell, größere Kochgutmengen hingegen zu langsam
angekocht. Damit erfüllen die bisher-bekanntgewordenen Anordnungen zur Regelung
des Ankochvorganges bei Kochplatten nicht ausreichend die an eine solche "Ankochautomatsk`'
zu stellende Förderung, däß jedes Kochgut in kurzer Zeitauf eine vorbestimmte Temperatur
zu bringen ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen timetallschalter der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß die Ankochzeit abhängig von dem Kööhgut und
von der eingestellten Leistungs= stufe für das spätere Förtkochen wird. Weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und im Aufbau gegenüber den bisherigen
Anordnungen wesentlich billigere Lösung vorzuschlagen. Die Erfindung besteht nun
darin, daß der Überbrückungsschalter für den Verstimmungswiderstand ebenfalls durch
das Arbältsbimetall steuerbar ist, derart, daß im Ankochbereich beide Schalter ständig
geschlossen: sind, im Förtköchbereich hingegen der Überbrü.cküiigs= sehalter geöffnet
is't i Die Erfindung geht davon ass, däß bei der bisherigen Regelanördnungen dem
teMperaturabhaiigigei Widerstand ein sogeriähnte-r Veratimnuhgswiderätänd vorgeschaltet
wäri der im Pörtköcbereieh dazu dient, die Stromaufteilung zwischen täiäperaturabhängigäm
Widerstand und Verstimi@ungswiderstähd einerseits und der Wicklung des Arbeitsbimetälleä
änderärseits sä zu gestältäii däß die Wicklung des Arbeitsbimetallen bei wärmer
Kochplattä von einem nicht unerheblichen Teil des Stromes durchflossäh wird: Nur
dann ergibt sich für das Arbeitsbimetall eine entsprechend hohe Taktfrequenz, die
wiederum eine gleichmäßige Regelung der kochplattentemperatur gewährleistet. Für
den Ankochbereich ist
dieser Verstimmungswiderstand jedoch ungünstig,
da während des Ankochens das Arbeitsbimetall nur von einem geringen Strom .durchflossen
werden soll, solange der temperaturabhängige Widerstand nicht die gewünschte Temperatur
erreicht hat." Gemäß der Erfindung wird daher der Verstimmungswiderstand während
des Ankochens durch einen temperaturgesteuerten Schalter überbrückt. Die Steuerung
dieses Schalters übernimmt .das Arbeitsbimetall. Da der Widerstandswert der Wicklung
des Arbeitsbimetalles um ein Vielfaches größer ist als der Widerstandswert des kalten
temperäturabhi#ngigen Widers tandes,erhält diese Wicklungsanfangs kaum Strom und
das Arbeitsbimetall beginnt sich erst dann stärker auszubiegen, wenn die gewünschte
Temperatur der Kochplatte fast erreicht ist. Die Anordnung erhält@dadurch im Ankochbereich
ein sehr günstiges Regelverhalten und das Arbeitsbimetall schaltet erst am Ende
der Ankochzeit die Stromzufuhr das erste Mal ab.
-
Es wird also während der Ankochzeit der Kochplatte ununterbrochen
die volle Leistung zugeführt, wodurch sich die Ankochzeit gegenüber den bisher bekannten
Anordnungen nicht unwesentlich verkürzt.
-
Im anschließenden Fortkochbereich wird dann der Verstimmungswiderstand
in den Regelbereich eingeschaltet und der Kochplatte in der bisher üblichen Weise
getaktet Leistung zugeführt, wobei der zugeschaltete Verstimmungswiderstand gegenüber
dem Ankochbereich ein gedämpftes Regelverhalten erzeugt.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
mit dem Arbeitsbimetall in starrer Verbindung stehende Kompensationsbimetall mit
dem Überbrückungsschalter und dem Schnappkontakt zusammenwirkt, derart, daß zuerst
der erstgenannte-und dann der zweitgenannte Schalter geöffnet, bzw. in umgekehrter
Reihenfolge geschlossen werden.
-
Da das Arbeiten des erfindungsgemäßen Bimetallschalters von den Widerstandswerten
des temperaturabhängigen Widerstandes, des Verstirirtungswiderstandes-sowie der
Wicklung des Arbeitsbimetalles stark beeinflußt ist, kommt der Dimensionierung dieser
Elemente eine besondere Bedeutung zu: Es hat sich als zweckmäßig^erwiesen,
die
gegenseitige Dimensionierung dieser Elemente so vorzunehmen, daß der Widerstandswert
der Wicklung des Arbeitsbimetalles für den Ankochbereich etwa das 20-fache des Widerstandswertes
des .temperaturabhängigen Widerstande> in kaltem, und etwa das 4-fache dieses Widerstandswertes
in warmem Zustand beträgt.
-
Im folgenden sollen diese und noch weitere Merkmale der Erfindung
anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches
Schaltbild des erfindungsgemäßen Bimetallschalters, Fig. 2 eine stark schematisierte
Seitenansicht des Bimetallschalters, Fig. 3 ein Diagramm, aus welchem die Ankoehzeit
sowie das Verhältnis von Einschalt- und Ausschaltdauer des Schnappkontaktes bei
der Zufuhr von kleiner und von großer Leistung zur Kochplatte zu entnehmen ist.
-
In Fig. 1 sind mit 1 und 1' die beiden Netzklemmen für den Bimetallschalter
bezeichnet. Durch zwei Trennschalter 2 und 2' ist er an das Netz anschaltbar. Zwischen
diesen beiden Trennschaltern liegt ein Schnappkontakt 3, sowie ein Verstimmungswiderstand
4, welcher durch einen Schalter -5 überbrückbar is4-. An den Verstimmungswiderstand
schließt sich ein temperaturabhängiger Widerstand 6 mit positivem Temperaturkoeffiziente..
an. Letzterer ist in die Kochplatte eingebaut und dient dort zur Abfühlung der Ist-Temperatur.
Er wird daher auch als Fühlerwiderstand bezeichnet. An diesen schließt sich noch
der eigentliche Heizwiderstand 7 der Kochplatte an. Parallel zu dem Verstimmungswiderstand
4 und dem Fühlerwiderstand 6 liegt die Wicklung 8 eines Arbeitsbimetalles. Letzteres
steuert den Schnappkontakt 3 sowie den Überbrückungsschalter 5. ,
In
Fig. 2 sind die bereits in Figur 1 erläuterten Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Zum Betätigen der Trennschalter 2, 21 dient eine von Hand vierdrehbare
Nockenscheibe g. Mit 10 ist das Arbeitsbimetall bezeichnet, welches die Arbeitswicklung.8
trägt. Dieses Arbeitsbimetall ist an dem einen Ende eines um seine Achse
11 schwenkbaren zweiarmigen Hebels 12 befestigt, an dessen anderem Ende ein
Kompensationsbimetall 13 angeordnet ist. letzteres dient dazu, die Umgebungstemperatur
im Herd, welche auf das Arbeitsbimetall eine Rückwirkung hat, auszukompensieren.
Das Arbeitsbimetall 10 trägt an der sich ausbiegenden Seite einen Stift 14. Dieser
liegt an einer Kurve 15 mit veränderlichem Radius an, welch. von Hand verstellt
werden kann und zur Einstellung der gewünschten Leistungsstufe für die. Kochplatte
dient. Diese Kurve wird im Uhrzeigersinn verdreht und zwar in Richtung kleinerer
Radien bei zunehmender Leistung.
-
Das Kompensationsbimetall trägt an seiner, der Auslenkrichtung entgegengesetzten
Seite ebenfalls einen Stift 16. Dieser wirkt mit dem Schaltarm 5a des als Schnappkontakt
ausgebildeten Überbrückungskontaktes 5 zusammen. Dieser Schaltarm 5a ist in einem
Gehäuse 17 befestigt und wird an einer Stelle von einer Schneide 5b unterstützt.
Der Schaltarm 3a-des Schnappkontaktes 3 ist ebenfalls in dem Gehäuse befestigt und
wird auch von einer Schneide 3b unterstützt. Zwischen den Schaltarmen 3a und 5a
ist in dem Gehäuse 17 längsverschieblich ein Stift 18 angeordnet, welcher von dem
Stift 16 des Kompensationsbimetalles 1:3 in Richtung auf den Schaltarm 3a verschoben
werden kann,.
-
In Figur 3a und b ist der Stromfluß über die Schalter 3 und 5 in Abhängigkeit
von der Zeit dargestellt. In Kurve a ist erkennbar, daß während der Ankochzeit die
Sc'nappkontakte 3 und 5 geschlossen sind und daß der Kontakt 5 vor dem Kontakt 3
geöffnet Wird. Im Fortkochbereich erfolgt die Zufuhr der Energie -zur Kochplatte
impulsweise und zwar, da eine niedrige Leistungsstufe eingestellt ist,
mit
kurzen Einschalt- und langen Ausschaltzeiten. Ir. Kurve b hingegen, bei welcher
eine hohe Leistungsstufe angenommen ist, sind die Kontakte 5 und 3 länger geschlossen,
ehe die gewünschte Kochplattentemperatur erreicht ist. Es ist jedoch wiederum ersichtlich,
daß Kontakt 5 vor dem Kontakt 3 geöffnet wird. Bei dieser Leistungsstufe sind im
Fortkochbereich die Einschaltzelten. länger und die Ausschaltzeiten kürzer. Dies
hat seinen Grund darin, daß zum Aufheizen-auf die höhere Kochplattentemperatur länger
Energie zugeführt werden muß unc - da die Abkühlung auch schneller erfolgt - der
Energiefluß nur kürzer unterbrochen sein darf als bei einer niedrigeren -ueistungsstufe.
Es sei hierbei nochmals darauf hingewiesen, daß der Kochplatte im Fortkochbereich
die gleiche elektrische Scheitelleitung wie im Ankochbereich zugeführt wird, und
daß die den verschiedenen Leistungsstufen zugeordneten unterschiedlichen Kochplattentemperaturen
ausschließlich durch unterschiedliche Impulsfrequenzen der Energiezufuhr eingeregelt
werden. ' Anhand der Figuren 1 und 2 sei auf die-Funktionsweise der Anordnung noch
näher eingegangen. Es sei angenommen, daß der elektrische Schaltzustand der Anordnung
der gleiche sei, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Durch die Kurve
15 ist die niedrigste Leistungsstufe eingestellt. Nach Schließen der Trennschalter
2 und 21 beginnt Strom über den Schnappkontakt 3, den Überbrückungsschalter 5, den
Fühlerwiderstand 6 sowie den Heizwiderstand 7 zu fließen. Da. der temperaturabhängige
Widerstand in kaltem Zustand einen etwa 20-fach geringeren Widerstandswert als die
Wicklung 8 hat, fließt über diese Wicklung nur ein kleiner Teil des Stromes. Erst
nachdem sich der Fühlerwir.erstand bereits stärker erwärmt hat, beginnt das Arbeitsbimetall
sich nach oben in zunehmendem Maße auszubiegen, bis es schließlich an der Kurve
15 anliegt. Nunmehr üb es auf den zweiarmigen Hebel 12 ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn
aus, welches bewirkt, daß sich das Kompensationsbimetall 13 mit seinem Stift 16
in Richtung auf den Überbrückungsschalter 5 und dessen Schaltarm 5a bewegt. Die
Kurve 15
ist in i_rem Radius nun 3o bemessen, daß .sich das Arbeitsbimetall
wenn der Fühlerwl.erstand 6 die gewünschte Temperatur erreicht hat, inzwischen soweit
ausgebogen hat, daß das Kompensa-;ionsbimetall mit seinem Stift 16 den Überbrückungsschalter
5 umschaltet und aufgrund des noch weiterhin durch die Wicklung fließenden Stromes
sich noch etwas mehr ausbiegt, bis es über den Stift 18 auch den Schnappkontakt
3 umschaltet. Nunmehr ist der Heizstrom für die Kochplatte und die Wicklung 8 des
Arbeitsbimetalles 10 unterbrochen und das letztere beginnt sich wieder abzukühlen.
-
Seine Au;slenkune beginnt geringer zu werden und übt dabei auf den
zweiarmigen Hebel 12 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn aus, welches bewirkt, daß das
Kompensationsbimetall 13 und sein Stift 16
w:bder nach oben wandern. Aufgrund
der dem Schnappkontakt innewohnenden Federlrraft wird alsbald der Stift 18 nach
oben gedrückt und der Schnappkontakt 3 schaltet wieder in seine geschlossene Schaltstellung
um.
-
Es beginnt nun wieder Strom zu fließen und zwar, da der Überbrückungss.chalter
5 noch offen ist, über den Verstimmungswiderstand ¢, den Fühlerwiderstand 6 bzw.
durch die Wicklung 8 des Arbeitsbimetalles und den Heizwiderstand 7. Da durch die
Einschaltung des Verstimmungswiderstandes nunmehr der betreffende Stromzweig wesentlich
hochohmiger geworden ist als im Ankochbereich, erhält die Wicklung des Arbeitsbimetalles
wesentlich mehr Strom als vorher und beginnt sich schneller wieder auszulenken und
über das Kompensationsbimetall 13 und den Stift 16 den Schnappkontakt 3 wieder zu
öffnen. Der Einschaltpunkt des Überbrückungsschalters 5 ist zeitlich gegenüber dem
Einschaltpunkt des Schalters 3 so gelegt, daß sich das Arbeitsbimetall nach dem
Schließen des Schalters 3 nur so wenig abkühlt, bzw. eine so geringe Zurückbiegung
erfährt, daß der Schalter 5 noch nicht betätigt wird, wenn die Aüfheizung und Ausbiegung
des Arbeitsbimetalles bereits wiederbeginnt. Dieser Vorgang des Ein- und Ausschaltens
wiederholt sich nun periodisch, wobei die Energiezufuhr zur Kochplatte entsprechend
der Kurve 3 in Figur 3ü erfolgt.
Es sei an dieser Stelle noch bemerkt,
daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein neuer Ankochvorgang nur dann ausgelost
werden kann, wenn die Trennschalter 2 geöffnet werden und eine ausreichende Zeit
vergangen ist, in der sich das llrbeitsbimetall wieder in seine Ausgangslage zurückbewegen
konnte. Wird jedoch gewünscht, daß auch während eines Fortkochvorganges - beislielsvei,e
weil ein anderes, noch kaltes Kochgut auf die Kochplatte gestellt werden soll -
ein neuer Ankochvorgang gestartet werden kann, so müßte beispielsweise in der Weise
vorgegangen werden, das Kompensationsbimetall während einer Zeit, die ausreicht,
um das Arbeitsbimetall auf die absinkende Ist-Temperatur der Koch@@l@atte abzukühlen,
mechanisch entsprechend nach oben ausgebogen und
| damit der Schaltarm 5a des Überbrückungsschalters 5 |
| Schließlich sei noch erwähnt, daß es gemäß der Erfi:ndun=_
c und- |
| sätzlich auch möglich ist, das Arbeitsbimetall 10 samt |
| Wicklung 8 mit dem Überbrückungsschalter 5 und das Kompensations- |
| bimetall 13 mit der Kurve 15 zusammenarbeiten zu lassen. Zu
diese: |
| Zwecke müßte der zweiarmige Hebel 12 samt der beider. BimetaLie
=;»f |
| seiner Achse 11 nur um 1800 gewendet werden. |