Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungssteuergerät mit gepulster An- und Abschaltung, bei welchem über ein Stellglied das Verhältnis zwischen Anschaltzeit und Abschaltzeit von einem Nullwert, der die Ausschaltstellung bestimmt, über eine kleinste Leistungsstufe bis zu einem Maximalwert dadurch einstellbar ist, daß ein beheiztes Bimetall, welches auf einen Schnappschalter wirkt, durch einen auf einer Stellwelle sitzenden Steuernocken aushebbar ist (DE-A-2 422 686). Die dem Verbraucher zuzuführende Leistung wird hierbei über eine Steuerkurve eingestellt, die auf die Bimetallansteuerung einwirkt. Bei derartigen Leistungssteuergeräten, die für die steuerbare Zuführung von elektrischer Leistung zu einem Verbraucher, insbesondere einer Kochplatte, ein beheiztes Bimetall mit Kompensationsbimetall benutzen, das auf einen Schnappschalter wirkt, besteht das Problem der Schalthysterese, das mit dem Bimetall verknüpft ist.
Bekannte Leistungssteuergeräte dieser Bauart steuern die Leistung von etwa 7 % bis Vollast von 100 %. Die 7-%-Leistung war die bisher kleinste erreichbare Leistungsstufe, welche bei einer Kochplatte beispielsweise die Warmhaltestufe bildet. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß 7 % häufig zum Warmhalten zu viel sind und unnötigerweise Energie verbraucht wird. Mit den bisher bekannten Konstruktionen läßt sich eine niedrigere Leistungsstufe nur unter sehr großemm Justieraufwand oder überhaupt nicht einstellen, weil die in der Praxis auftretenden Fertigungstoleranzen insbesondere bei dem Schnappschalter eine genaue Justierung nicht oder nur schwer möglich machen.
Bei einem gattungsgemäß ausgebildeten Leistungssteuergerät, welches in der DE-A-24 22 686 beschrieben ist, wird anstelle eines Bimetalls als Ausdehnungsglied ein Ausdehnungsstab benutzt, der mit einem Ende direkt auf den Betätigungspunkt einer Schnappfeder des Schnappschalters einwirkt und mit dem anderen Ende an einem Übertragungshebel abgestützt ist, wobei der kurze Ausdehnungsstab und der Übertragungshebel unter Federkraft gegeneinander sowie gegen das Einstellglied und die Schnappfeder gedrückt sind und die Lagerung der Übertragungshebel über totwegfreie Lager unter Ausschaltung von sich im Arbeitsbereich auswirkenden Elastizitäten an dem steifen Gehäuse erfolgt. Dadurch sollen sowohl niedrige als auch hohe Teilleistungsbereiche einwandfrei angesteuert werden. Auch soll dadurch eine reproduzierbare Zugehörigkeit zwischen eingestelltem Leistungswert und resultierender Teilleistung erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bei mit Bimetallgliedern arbeitenden Schaltern die Leistungsverminderung verhindernde Schalthysterese unwirksam zu machen und ein Leistungssteuergerät zu schaffen, welches in der Lage ist, auch im Bereich der niedrigsten Leistung zuverlässig und reproduzierbar kleine Teilleistungen zu steuern.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Dieses Prinzip kann bei den bekannten durch ein beheiztes Bimetall geschalteten Schnappschaltern dadurch verwirklicht werden, daß auf der Steuerkurve zur Ansteuerung des Bimetalls ein Nocken angebracht wird, der auf der Steuerkurve im Bereich zwischen der Nullstellung und der kleinsten Einstellung von 5 % liegt. Durch diesen Nocken wird ein Zwischenbereich geschaltet, in dem die Leistung kurzzeitig auf etwa 30 bis 50 % der maximalen Leistung erhöht wird. Bei der darauffolgenden Rückschaltung bleibt die pulsierende Kontaktgabe des Schnappschalters gewährleistet. Das heißt, das bei solchen Schaltern auftretende Justageproblem wird dadurch gelöst, daß vor dem Einschalten der niedrigsten Schaltstufe das Bimetall kurz 'vorgeheizt' wird, welches dadurch dann selbst in der niedrigsten Schaltstufe sicher schaltet.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Das erfindungsgemäße Leistungssteuergerät dient der steuerbaren Zuführung von elektrischer Leistung in Leistungsimpulsen zu einem Verbraucher, insbesondere zu einer Kochplatte. Das Leistungssteuergerät ist als Nockenschalter ausgebildet, der ein Schaltergehäuse 10 mit Abdeckkappe 11 aufweist und eine Stellwelle 12 drehbar lagert, auf der eine Nockenhohlwelle 14 drehfest aufgesetzt ist, die in bekannter Weise Schaltnocken 16 für die Hauptkontakte 18 trägt. Die Nockenwelle 14 weist außerdem eine Rastnockenscheibe 20 auf, die mit einer Rastvertiefung 22 für die Ausschaltstellung, einer Rastvertiefung 24 für 5 % Leistung und einer Rastvertiefung 26 für 100 % Leistung versehen ist. In die Rastvertiefungen steht ein federbelasteter Raststößel 28 ein. Auf dem der Rastnockenscheibe 20 entgegengesetzten Ende der Nockenwelle 14 sitzt eine Steuernockenscheibe 30, auf deren äußerem Umfang ein Nockenstößel 32 abläuft. Dieser Nockenstößel wird von einem Arm 34 getragen, der mit einem Joch 36 verbunden ist, das um eine parallel zur Stellwelle 12 im Gehäuse gelagerte Achse 38 schwenkbar ist. Um die gleiche Achse 38 ist ein weiteres Joch 40 schwenkbar, welches auslegerartig eine Blattfeder und einen Arm mit einem Anschlagwinkel 44 aufweist. Über dem Anschlagwinkel 44 liegt ein Lagerwinkel 46 des Armes 34, der ein Innengewinde mit einer Justierschraube 48 aufweist. An einem Fortsatz 50 des Armes 34 ist eine Zugfeder 52 verankert, die mit ihrem anderen Ende am Gehäuse angreift und den Kopf der Justierschraube 48 gegen den Anschlagwinkel 44 vorspannt.
Ein mit einer Heizwicklung versehenes Schaltbimetall 54 ist mit seinem einen Ende um eine unter der Achse 38 liegende Achse schwenkbar und erstreckt sich im wesentlichen parallel zu der Blattfeder 42. Ein am Bimetall 54 festgelegter Stift 56 liegt mit seinem Ende der Blattfeder 42 an. Das Bimetall 54 wirkt auf die Kontaktfeder 58 der Schnappfederkontakte 60.
Die radiale Nockenbahn der Steuernockenscheibe 30 weist einen Abschnitt 62 mit kleinstem Radius auf. Befindet sich der Nockenstößel 32 auf diesem Abschnitt, dann befindet sich der Schalter in der Nullstellung und der Raststößel 28 fixiert die Drehstellung der Stellwelle durch Eingriff in die mittlere Rastvertiefung 22 der Rastnockenscheibe 20. Der Abschnitt 62 geht einerseits in einen Schaltnocken 64 und andererseits in einen Steuernocken 66 über. An den Nocken 64 schließt sich die Steuerkurve 68 mit ihrer radial tiefsten Stelle 70 an. Dies ist die Stellung für 5 % Leistung (Stellung gemäß Fig. 9). Diese Stellung ist, wie aus Fig. 10 ersichtlich, dadurch verrastet, daß der Raststößel 28 in die Rastvertiefung 24 einfällt. Von dieser Stelle 70 steigt die Steuerkurve 68 bis zu dem Steuernocken 66 an. Wenn der Nockenstößel von diesem Steuernocken 66 angehoben ist, wird die Stellwelle durch Einfall des Raststößels 28 in die Vertiefung 22 fixiert. Es ist dies die Stellung mit 100 % Leistung.
Der erfindungsgemäße Leistungssteller arbeitet wie folgt:
Die Stellwelle befindet sich in der Nullstellung, d. h. die Hauptkontakte 18 sind unterbrochen und der Schnappfederkontakt 60 ist von seinem Gegenkontakt 72 abgehoben. Der Raststößel 28 liegt in der mittleren Rastvertiefung 22. Der Nockenstößel 32 liegt in dem Abschnitt 62 der Steuernockenscheibe 30 zwischen den Nocken 64 und 66. Die Feder 52 zieht die Justierschraube 48 gegen den Anschlagwinkel 44 und die Blattfeder 42 drückt über den Stift 56 auf das Bimetall 54, das seinerseits auf die Kontaktfeder 58 drückt und den Kontakt 60 gegen die Wirkung der Schnappfeder vom Gegenkontakt 72 abhebt. Erfolgt nunmehr eine Drehung der Stellwelle im Uhrzeigersinn, dann läuft der Nockenstößel 32 auf den Schaltnocken 64 auf, wobei über die Schaltnocken 16 die Hauptkontakte 18 geschlossen werden (Übergangsstellung gemäß Fig. 4 und 5). Das Ausheben des Nockenstößels hat zur Folge, daß die Blattfeder 42 das Bimetall freigibt und der Schnappfederkontakt 60, 62 mit Sicherheit schließt. Aus dieser Stellung wird die Stellwelle über den Raststößel in die Raststellung 24 gedrängt, in der gemäß Fig. 9 der Nockenstößel an der tiefsten Stelle 70 der Nockenbahn liegt. Das Bimetall 54 ist mit einer Heizwicklung versehen, die an Spannung liegt, solange die Kontakte 60, 72 geschlossen sind. Die Aufheizung des Bimetalls bewirkt, daß dieses sich deformiert und eine Öffnung der Kontakte 60, 72 bewirkt. Je weiter der Nockenstößel 32 beim Weiterdrehen der Stellwelle über die Steuerkurve angehoben wird, desto länger bleiben die Schnappfederkontakte 60, 72 geschlossen. Wenn der Nockenstößel auf dem Steuernocken 66 aufliegt (Raststößel 28 befindet sich in der Rastvertiefung 26), bleiben die Kontakte 60, 72 ständig geschlossen.
Mit dem erfindungsgemäßen Leistungssteuergerät lassen sich zahlreiche Schaltprobleme lösen. Einige ergeben sich aus der beiliegenden Zeichnung in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung. Es sind darüber hinaus jedoch noch zahlreiche weitere Schaltungen möglich. Wesentlich für die Erfindung ist es, daß die Schalthysterese des Schnappschalters überwunden wird, weil auf der Steuernockenscheibe 30 zur Ansteuerung des Bimetalls der Nocken 64 vorgesehen ist, der im Bereich zwischen der Nullstellung und der kleinsten Einstellung 5 % Leistung liegt. Durch diesen Nocken 64 wird die Bimetallansteuerung, welche auf den Schnappschalter einwirkt, in eine Lage gebracht, die etwa 30 bis 50 % ED entspricht. Damit schaltet der Schnappschalter 58, 60, 72 sicher ein. Wenn dieser Nocken 64 überwunden ist, kommt die Bimetallansteuerung, die auf den Schnappschalter einwirkt, in die Stellung 5 % ED und der Schnappschalter bleibt dann für die vorgesehenen Perioden sicher eingeschaltet.
Bei verschiedenen Schaltvariationen kann es erforderlich sein, daß die Hauptkontakte 18 noch geöffnet sind, wenn die Bimetallsteuerung auf dem höchsten Punkt des Nockens 64 steht, oder daß die Hauptkontakte zu diesem Zeitpunkt bereits geschlossen haben. Die Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der es erforderlich ist, daß die Hauptkontakte 18 bereits geschlossen haben, wenn die Bimetallansteuerung auf dem höchsten Punkt des Nockens 64 sitzt. Als Last ist hierbei eine Kochplatte 74 vorgesehen, die in Reihe mit dem Hauptschaltkontakt 18 und dem Schnappschalter 60, 72 an Spannung liegt. Eine Betriebsanzeigelampe 76 liegt über einem Signalkontakt 78 an Spannung. Außerdem ist noch ein Sicherheitsanzeigelämpchen 80 vorgesehen, welches über einen Thermokontakt 82 an Spannung gelegt wird, wenn die Kochplatte bzw. das entsprechende Keramikfeld auf einer eine vorbestimmte Temperatur überschreitenden Temperatur steht. Damit beim Einschalten der Kochplatte das Sicherheitsanzeigelämpchen 80 sofort angeht, auch wenn der Kontakt 82 für die Heißanzeige im Thermostat noch nicht geschlossen ist, ist eine Brücke 84 vorgesehen, durch die eine Erregung des Sicherheitsanzeigelämpchens 80 über den Hauptschaltkontakt 18 bewirkt wird.
Wird beim Ausschalten des Gerätes der Schalter nicht ganz in die Nullstellung gebracht, so würde der volle Heizstrom über den Kontakt 82 für die Heißanzeige fließen. Deshalb muß bei dieser Schaltung sichergestellt sein, daß es nicht möglich ist, die Bimetallsteuerung auf dem höchsten Punkt des Nockens stehenzulassen, und dies wird, wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, dadurch bewirkt, daß der Raststößel 28 den höchsten Punkt des Rastnockens überwunden hat, wenn die Bimetallansteuerung auf dem höchsten Punkt der Steuernockenscheibe steht.
Bei einer weiteren Schaltungsmöglichkeit gemäß Fig. 6 fehlt die Verbindungsbrücke 84. Bei dieser Schaltungsvariante sollen Hauptschaltkontakte 18 und Signalkontakte 78 in der Zwischenstellung, in der die Bimetallansteuerung auf dem höchsten Punkt der Steuernockenscheibe steht, geöffnet sein (vgl. Fig. 7 und 8).
Die Fig. 9 und 10 zeigen die kleinste Einstellung von 5 % ED. Hierbei hat die Bimetallansteuerung den Nocken auf der Steuerkurve überwunden und der Raststößel ist in der Stellung 5 % ED eingerastet.