DE2625715B2 - Leistungssteuergerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Leistungssteuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dieses Steuergerät ist für eine Kochplatte mit zwei Heizleitern als Verbrauchern vorgesehen, von denen in einem unteren Leistungsbereich einer abgeschaltet ist. Das Leistungssteuergerät taktet dann nur die Leistung dieses Verbrauchers mit geringer Leistung, so daß eine Ansteuerung auch geringer Leistungen noch möglich ist. Allerdings sind dazu Kochplatten mit zwei Heizleitern zwingend erforderlich und es ist bei der Drehung der Einstellwelle ein Punkt vorhanden, an dem die Umschaltung einer höheren Leistung erfolgen muß. An dieser Stelle muß also durch eine entsprechende Verrastung oder Sprungschaltung ein Sektor vorhanden sein, der eine Unstetigkeit im Drehverhalten der Einstellwelle darstellt, damit nicht versehentlich der Leistungskontakt zur Abschaltung des zweiten Verbrauchers halb geöffnet oder halb geschlossen stehen bleibt

In der DE-OS 16 15 231 ist in Fig. 8 ein Temperaturregler dargestellt, der mit einem beheizten Bimetall arbeitet Dort wird unter der Wirkung eines temperaturempfindlichen Organs, d. h. einer Ausdehnungsdose, ein Vorwiderstand eingeschaltet bzw. überbrückt, der die Leistung der Steuerbeheizung für das Bimetall erhöht oder erniedrigt Ein solcher Vorwiderstand erzeugt in jedem Falle eine starke Aufheizung des Regelgerätes. Insbesondere bei hoher Leistungseinstellung, in der die relativen Einschaltzeiten groß sind, ist daher die Heizung des Reglers unzulässig groß, was große *>" Schwierigkeiten mit der Kompensation und bei der Reglerausführung brachte. Dies geht auch aus dem der genannten Offenlegungsschrift entsprechenden DE-PS 16 15 231 hervor. Diese Lösung konnte also in Richtung auf einen gut kompensierbaren und leicht zu bauenden »~> Schalter nicht weiterführen. Außerdem geht es hier um einen Temperaturregler, bei dem der Vorwiderstand temperaturabhängig geschlossen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungssteuergerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem auch geringe Teilleistungen leicht ansteuerbar sind, das mit geringer Baugröße und geringem Bauaufwand herstellbar ist und eine gute Reproduzierbarkeit der Leistungseinstellungen gewährleistet. Dazu gehört es, daß die Umgebungstemperatur sich 'gut kompensieren läßt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Es kann also eine relativ groß dimensionierte und daher auch von der Drahtstärke leichter zu beherrschende Bimetallbeheizung vorgesehen sein. Im unteren Leistungsbereich ist diese Beheizung voll wirksam, so daß eine schnelle Abschaltung der Gesamtleistung resultiert Die sich dadurch ergebende geringe relative Einschaltdauer hält auch die Erwärmung des Schalters in Grenzen, da die Binietallsteuerbeheizung auch nur während der Einschaltung des Verbrauchers eingeschaltet ist Im oberen Leistungsbereich dagegen, der beispielsweise bei 20% relativer Einschaltdauer beginnen kann, wird die Diode der Bimetallbeheizung vorgeschaltet Dadurch bekommt die Beheizung des Bimetalls jeweils nur eine Halbwelle des Wechselstromes und somit nur die halbe Leistung. Dementsprechend ist auch die Wärmeentwicklung geringer und die höheren Leistungen sind leichter anzusteuern. In diesem Bereich wäre die Wärmeentwicklung besonders unangenehm, weil hier eine hohe Einschaltdauer auch für die Bimetallbeheizung vorliegt. Ferner werden die Temperaturen am Bimetall niedrig gehalten und die gesamte Schaltererwärmung bleibt gering, so daß sich auch die Kompensation der Umgebungstemperatur vorteilhaft vornehmen läßt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Diode an der bedienungsfernen Rückseite des Gehäuses des Leistungssteuergerätes unmittelbar an dem sie überbrük· kenden Schalter angeordnet ist Eine solche Ausführung hält den Aufwand für die Anordnung und Schaltung der Diode cehr gering und die Diode ist im kühlen Außenbereich des Schalters angeordnet. Der die Diode schaltende Schalter kann ein einfacher kriechend arbeitender Schalter sein, der keinen Sprungmechanismus in der Einstellwelle benötigt

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ausfuhrungsbeispiel eines Leistungssteuerungsgerätes von der Bedienungsseite her gesehen, mit abgenommenem Abschlußdeckel, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine Rückansicht des Leistungssteuerungsgerätes in F i g. 2 von links gesehen, und

Fig.4 ein schematisches Schaltbild des Leistungssteuerungsgerätes nach den F i g. 1 bis 3.

In den F i g. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leistungssteuerungsgerätes U dargestellt Es besitzt ein bedienungsfernes oder hinteres Gehäuseteil 12 aus Kunststoff, das die Form eines rechteckigen oder vorzugsweise quadratischen Blockes mit einer inneren Ausnehmung 25 besitzt Diese Ausnehmung ist durch einen zur Bedienungsseite hin gelegenen plattenförmigen Deckel 13 abgeschlossen, der Zentrierzapfen 17 besitzt, die in Zentrierausnehmungen 16 am Gehäuseteil 12 eingreifen. Am Deckel 13 ist eine Gewindebuchse 14 befestigt, durch die eine Einstellwelle 15 , die einen in

Fig.4 angedeuteten Einstellknopf 60 trägt, ragt Die Einstellwelle 15 ragt in ein Mittelloch 23 eines Steuerkörpers 18 hinein, der aus Isoliermaterial besteht und an seinem Außenumfang eine Steuerkurve 19 und einen Schaltnocken 20 trägt An seinem hedienungsfernen Ende besitzt der Steuerkörper 18 einen Lagerzapfen 21, der durch eine öffnung 24 des hinteren Gehäuseteils 12 hindurchragt und an der Rückseite des Gehäuseteils 12 einen weiteren Schaltnocken 22 aufweist

Mit der Steuerkurve 19 wirkt ein Kompensationsbimetall 26 in Form eines Übertragungshebels zusammen, der durch eine Feder 34 mit seinem vorderen abgebogenen Ende an die Steuerkurve 19 angedrückt wird. Das relativ dicke und steife Kompensationsbimetall Lst an dem Ende, an dem es nicht an der Steuerkurve 19 anliegt, mittels einer Schwenkachse 28 schwenkbar gelagert An diesem Ende ist das Kompensationsbime- tall mit einem Schalterträger 29 eines Schnappschalters 27 verbunden, so daß das Kompensationsbimetall zu dem Schalterträger 29 in geringem Abstand parallel verläuft Die Einheit Schnappschalter/Kompensationsbimetall ist also zusammen um die Achse 28 schwenkbar.

An dem Schalterträger 29 ist eine Schnappfeder angebracht, die sich in üblicher Weise mit einer ausgebogenen unter Knickspannung stehenden Federzunge an einem Stützlager abstützt Die Schnappfeder trägt an ihrem freien Ende ihren Kontakt 31, der mit einem festen Gegenkontakt 32 zusammenarbeitet und ist an ihrem entgegengesetzten Ende durch eine Justierschraube 33 festgelegt, die eine umlaufende Einkerbung besitzt, in die das gabelartig ausgebildete Ende der Schnappfeder eingesteckt ist Durch Anschweißen eines zur elektrischen Zuleitung 35 führenden Anschlußendes ist die Schnappfeder elektrisch mit dem Abgang bzw. Zugang 68 des Verbrauchers 70 verbunden.

Der Schnappschalter 27 wird von einem Bimetallglied 36 betätigt, das eine L-förmige Gestalt hat Dieses L besteht vollständig aus Bimetall, und im inneren Winkel des L ist eine Achse 37 befestigt, die, ebenso wie die Schwenkachse 28 vorteilhaft dadurch festgelegt ist, daß jeweils in dem Gehäuseteil 12 und dem Deckel 13 Ausnehmungen sind, die beim Zusammensetzen der beiden Gehäuseteile die Achsen aufnehmen.

Der lange, beheizte Schenkel 38 des Bimetallgliedes 36 trägt eine Bimetallbeheizung 39 in Form einer Heizwicklung oder Heizspule, die über zwei Zuleitungen mit Strom versorgt werden. An seinem freien Ende ist in den beheizten Schenkel 38 eine Justierschraube 40 eingeschraubt, die von einer Feder 41 gegen eine innere Zwischenwand 42 des Gehäuses 12 gedrückt wird.

Der kurze Schenkel 43 des Bimetallgliedes 36 besitzt an seinem Ende eine Abbiegung 44, die auf den Betätigungspunkt der Schnappfeder 30 drückt

Der beheizte Schenkel 38 des Bimetallgliedes 36 liegt in einem von der Zwischenwand 42 teilweise abgeschlossenen, durch Lüftungsschlitze 45 belüfteten Raum 71.

Es ist zu erkennen, daß die Einheit Schnappschalter/ Kompensationsbimetall einerseits und das Bimetallglied 36 andererseits winkelförmig angeordnet sind und zwischen sich den Steuerkörper 18 einschließen. In der diesem Winkel entgegengesetzten Ecke der Ausnehmung 25 ist ein mechanischer Schalter angeordnet, der einen Schaltschieber 50 besitzt, der von dem Schaltnokken 20 betätigt wird. Dieser aus Kunststoff bestehende Schaltschieber hat die Form eines rechteckigen Stabes, dessen eine Stirnseite zum Zusammenwirken mit dem Schaltnocken 20 abgerundet ist und auf dessen anderer Stirnseite eine Druckfeder 54 einwirkt Der Schaltschieber 50 verläuft etwa diagonal, so daß er bei kleinstem Plaizbedarf die größtmögliche Lange haben kann.

An seiner oberen und unteren Fläche hat der Schaltschieber Vorsprünge 51, die Widerlager für Kontaktarme 52, 53 bilden, die auf den Schaltschieber

ίο aufgeschoben sind und nach beiden Seiten über ihn hinausragen. Der Schaltschieber 50 besteht vorzugsweise aus einem Isolierteil, um die Kontaktarme aufschieben und durch Aufschnappen festlegen zu können. Jeder Kontaktarm trägt an seinen beiden Enden je einen Kontakt

Der Schaltschieber 50 ist von Führungen 55 geführt, die die Form von aus dem Boden des Gehäuseteils 12 hervorragenden quer zum Schaltschieber gerichteten Metallplatten haben. Es sind vier Führungen 55

vorgesehen, von denen je zwei einander gegenüberliegen, den Schaltschieber führen und ihn teilweise übergreifen. Diese Führungen 55 tragen zum Teil Festkontakte 56 und ragen durch den Boden des Gehäuseteils 12 hindurch und bilden auf der Rückseite Anschlußfahnen nach Art von AMP-Steckfahnen.

Aus F i g. 3 ist die Rückseite des Leistungssteuerungsgerätes Ii zu erkennen. Man sieht dort, daß der Schaltnocken 22 mit einem sehr klein und leicht ausgebildeten Schalter 61 in Form einer Kontaktfeder zusammenarbeitet, die zum Kurzschließen einer Diode 62 ausgebildet ist Dabei ist die Diode mit ihren Anschlüssen 63, 64 direkt an den zugehörigen Anschlußstecker bzw. die Kontaktfeder gelötet und die Kontaktfeder greift vom Anschluß 63 herum und kann die Diode 62 durch Berührung ihres Anschlusses 64 kurzschließen.

Das Leistungssteuerungsgerät arbeitet wie folgt: In F i g. 1 ist der ausgeschaltete Zustand dargestellt, bei dem der Schaltnocken 20 den Schaltschieber 50 entgegen der Kraft der Druckfeder 54 zurückgedrückt hat und somit den Kontaktarm 52 für den Signalkontakt und den Kontaktarm 53 für die Abschaltung des zweiten Anschlußpoles von den entsprechenden Festkontakten abgehoben hat In dieser Stellung des Steuerkörpers 18 bzw. der Einstellwelle liegt das Kompensationsbimetall 26 in einer Vertiefung der Steuerkurve 19, so daß sich dadurch eine Rast ergibt.

Beim Einschalten des Leistungssteuerungsgerätes (Drehung des Steuerkörpers 18 im Uhrzeigersinn) gibt

so zuerst der Schaltnocken 20 den Schaltschieber 50 frei, der unter der Kraft der Druckfeder 54 seine zumindest zum Teil federnden Kontaktarme 52, 53 so gegen die Führungen 55 anlegt, daß sie überbrückt sind. Damit ist einerseits die Signalkontaktleitung 66, 67 geschlossen und andererseits der eine Pol des Verbrauchers 70, beispielsweise der Beheizung einer Elektrokochplatte.

Unter der Wirkung der Feder 34 schwenkt die Einheit Kompensationsbimetall/Schnappschalter in ihre der jeweiligen Stellung der Steuerkurve 19 entsprechende

h<< Lage. Die Kontakte 31 und 32 sind geschlossen, so daß das Bimetallglied 36 von seiner Bimetallbeheizung 39 beheizt wird. Der Schalter 61 ist im unteren Leistungsbereich geschlossen, beispielsweise bei einer Stellung der Einstellwelle, die Leistungswerten zwi-

"> sehen 5 und 20% der Gesamtleistung entspricht Bei einer niedrigen eingestellten Leistung ist also die Diode 62 überbrückt so daß die volle Heizleistung der Bimetallbeheizung 39 wirksam ist

Deswegen biegt sich der Schenkel 38 des Bimetallgliedes relativ schnell aus und drückt über den kurzen Schenkel 43 und die Abbiegung 44 auf den Schnappschalter im Ausschaltsinne, so daß dieser nach relativ kurzer Zeit wieder geöffnet wird.

Nach dem Abkühlen des Bimetallgliedes schaltet der Schnappschalter 27 wieder ein und das Arbeitsspiel beginnt wieder. Im oberen Arbeitsbereich ist einerseits die Einheit Kompensationsbimetall/Schnappschalter stärker entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt und andererseits die Diode infolge öffnung des Schalters 61 wirksam. Die Bimetallbeheizung 39 wird also nur mit jeweils einer Halbwelle des Wechselstroms, d. h. mit der halben Heizleistung, betrieben. Das Bimetallglied braucht also wesentlich länger, um so weit ausgelenkt zu sein, daß es den Schnappschalter öffnen und damit die Leistungszufuhr zum Verbraucher 70 abschalten kann. Bei den dabei recht hohen Temperaturen am Bimetall geht dann auch die Abkühlung schneller vor sich, so daß eine höhere relative Einschaltdauer gewährleistet ist.

Das Leistungssteuergerät hat zahlreiche Vorteile: Es ist trotz seines klaren und zuverlässigen Aufbaues mit relativ geringem Bauaufwand herstellbar und arbeitet mit Relativwegen und -kräften zum Schalten. Besonders die hohen Kräfte sind wesentlich. Sie werden durch eine ziemlich starke Bimetallbemessung erreicht. Infolge des günstigen Aufbaues kann das Arbeitsbimetall ziemlich lang und das Kompensationsbimetall ziemlich kurz und kräftig sein. Durch die Federn 34, 41 wird das gesamte System kraftschlüssig in eine bestimmte Lage bewegt, so daß nur ein Punkt vorhanden ist, an dem ein Spiel auftreten kann, nämlich der Berührungspunkt zwischen der Schnappfeder 30 und der Abbiegung 44 des Bimetallgliedes 36.

Die Ausbildung des Bimetallgliedes 36 als L-förmiges Glied aus Bimetallmaterial hat noch einen weiteren Vorteil. Normalerweise ist die Kompensation eines solchen Steuergerätes durch ein Kompensationsbimetall sehr schwierig, weil die beiden Bimetalle in unterschiedlichen Temperaturbereichen arbeiten. Der Ausbiegeweg eines Bimetalls je Temperatureinheit nimmt aber mit steigender Temperatur ab, so daß die Kompensation stets nur für einen Arbeitsbereich genau stimmen kann. Das hier beschriebene Bimetallglied hat jedoch sozusagen eine doppelte Beheizung. Der kurze Schenkel 43 läuft in relativ geringem Abstand parallel zur Schnappfeder 30. Diese wird über die Zuleitung 35 mit Strom versorgt und ist relativ dünn. Sie heizt sich daher, wenn Strom durch sie fließt, auch in gewissem Maße auf. Diese Wärme beheizt zusätzlich den kurzen Schenkel 43, jedoch in merklicher Weise nur bei höheren Leistungsstufen, weil anderenfalls die Schnappfeder kaum über die Raumtemperatur kommt Dadurch wird jedoch der negative Effekt des mit der Temperatur degressiven Ausbiegeweges kompensiert bzw. dieser negativen Erscheinung entgegengewirkt

Dagegen ist das Kompensationsbimetall von der Temperatur der Beheizung des Arbeitsbimetalls möglichst weitgehend abgeschirmt Es steht senkrecht zu dem Arbeitsbimetall und hat keine leitende Verbindung mit diesem. Durch die Zwischenwand 42 ist aucf weitgehend gegenüber dem heißen Raum abgeschirmt Gegen die von der Schnappfeder erzeugte Temperatui ist es durch den Schalterträger 29 geschützt. Diest Anordnung sorgt also dafür, daß das Kompensationsbi metall wirklich das machen kann, wozu es bestimmt ist nämlich eine Kompensation der unterschiedlicher Umgebungstemperatur vorzunehmen und muß nicht ir

ίο einer gegenüber der Umgebung wesentlich erhöhter Temperatur arbeiten.

Das Arbeitsbimetall und die Einheit Kompensation bimetall/Schnappschalter nehmen zwei Seiten de: Schaltergehäuses ein, so daß eine Ecke für den Schalte!

50 bis 56 völlig frei bleibt. Die Anordnung dieses seh klein bauenden Schalters in der gleichen radialen Ebern wie die übrigen Teile des Leistungssteuerungsgeräte: ermöglicht es, dieses mit sehr geringer Baugrößi herzustellen. Die Tiefe in Richtung der Einstellwell« kann beispielsweise weniger als 25 mm betragen, so dal ein Einbau mit senkrechter Welle auch in sehr flachi Kochmulden möglich ist

Durch die Diode 62 wird das Verhalten de! Leistungssteuerungsgerätes sehr positiv beeinflußt Dei mittlere Leistungsbereich ist für derartige Steuergerät« selten eine Schwierigkeit. Die wirkliche Schwierigkei liegt im oberen und vor allem aber im unterer Leistungsbereich. Bei heutigen Kochplatten mit relativ hoher Leistung ist aber gerade der untere Leistungsbe reich dann kritisch, wenn man auf der Kochplatte aucl Wärmen will. Es müssen dort Leistungen bis zu 5% dei Gesamtleistung und darunter (100 W bei einer 2000 W Kochplatte) sicher angesteuert werden. Das erforder aber sehr hohe Leistungen auf dem Bimetall, weil diese:

sehr schnell reagieren muß. Diese hohen Leistungei würden aber im höheren Leistungsbereich nicht nur da: Gerät sehr stark erwärmen und Energie brauchen sondern auch die Temperaturen am Bimetall unzulässig hochtreiben. Durch die vorteilhafte verlustlose un( damit verlustwärmefreie Herunterregelung der Birne tallbeheizungsleistung mittels der Diode, kann diese: Problem einfach gelöst werden. Die hohe Leistung, fü: die die Bimetallbeheizung ausgelegt ist, ist kein Nachteil weil diese nur im unteren Leistungsbereich überhaup zum Einsatz kommt und dort die relativen Einschaltzei ten ja nur sehr gering sind. Die Aufheizung de: Steuergerätes durch die Bimetallbeheizung 39 ist alsc sehr gering. Umgekehrt wird im hohen Leislungsbe reich die Leistung durch die Diode begrenzt, so daß be

■io den dort relativ langen Einschaltzeiten die Schalterer wärmung ebenfalls in Grenzen bleibt Ein weitere] Vorteil ist die Tatsache, daß man die Bimetallbeheizunj 39 einfach ausführen kann. Wolke man die Leistung geringer auslegen, so hätte man Schwierigkeiten, wei die Widerstandsdrahte für die geringen Leistungen be Netzspannung und insbesondere im Falle von höherei Netzspannungen, sehr dünn werden würden, woruntei auch die Betriebssicherheit leiden würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Leistungssteuerungsgerät für die steuerbare Zuführung von Wechselstrom in Leistungsimpulsen zu einem Verbraucher mit einem Leistungsschalter und einem in Abhängigkeit von der geschalteten Leistung in Parallelschaltung zu dem Verbraucher beheizten Bimetall, mit einer mechanisch die Einwirkung des Bimetalls auf den Leistungsschalter verändernden Einstell welle und einer der Bimetallbeheizung vorgeschalteten Diode, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (62) durch einen von der Einstellwelle (15) betätigbaren Schalter (61) nur im oberen Leistungsbereich des Leistungssteuerungsgerätes (11) der Bimetallbeheizung (39) vorgeschaltet und im unteren Leistungsbereich abgeschaltet ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (62) im unteren Leistungsbereich des Leistungssteuerungsgerätes (11) von dem Schalter(61) überbrückt ist

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (62) an der bedienungsfernen Rückseite des Gehäuses (12,13) des Leistungssteuergerätes (11) unmittelbar an dem sie überbrückenden Schalter (61) angeordnet ist