DE980094C - Einrichtung zur selbsttaetigen Temperaturregelung fuer elektrische Kochplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Temperaturregelung für elektrische Kochplatten, mit einem periodisch den Heizstrom ein- und ausschaltenden wärmeempfindlichen Organ.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art ist das wärmeempfindliche Organ der Wärme eines Gerätes ausgesetzt und in der Regel von einem Bimetallstreifen gebildet. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur schaltet das wärmeempfindliche Organ den Heizstrom ab, indem es sich mit seinem Schaltkontakt von einem Gegenkontakt abhebt. Die für diesen Schaltvorgang erforderliche Arbeit wird der Wärme des Wärmegerätes entnommen, d. h., daß sich die Wärme des Gerätes auf das wärmeempfindliche Organ überträgt. Beim Abkühlen schließt das wärmeempfindliche Organ den Heizstrom selbsttätig.

Da zwischen dem Ausschalten und dem Wiedereinschalten . nur ein kleines ^r Temperaturintervall ao (etwa 5°) liegt und bei diesem Temperaturintervall die Schaltkontakte nur eine schleichende Bewegung ausführen können, ist die Schaltleistung der bekannten Regeleinrichtungen klein. Dazu kommt, daß das wärmeempfindliche Organ nicht an den- as jenigen Stellen des Gerätes;-· angebracht werden kann, an denen die Wärme erzeugt wird. Das wärmeempfindliche Organ .muß vielmehr an ent-

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fernteren Stellen angebracht werden, an die die erzeugte Wärme erst durch Wärmeübertragung gelangt. Dies führt dazu, daß das wärmeempfindliche Organ verhältnismäßig spät auf die Erwärmung des Gerätes an den heißesten Stellen reagiert und nach einer verhältnismäßig langen Zeit die Wiedereinschaltung des Heizstromes bewirkt. Diese bekannten Einrichtungen arbeiten daher sehr träge. Diese bekannten Regeleinrichtungen arbeiten über ίο eine Regelperiode als Temperaturregler.

Es sind ferner Regeleinrichtungen bekannt, die über die ganze Regelperiode nur als Zeitregler arbeiten. Die bekannten Zeitregler haben meist als schaltaktives Organ einen strombeheizten Bimetallstreifen, der den Heizstrom ein- und aus- bzw. umschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur selbstätigen Temperaturregelung anzugeben, die sich durch eine große Schaltleistung, ao ein trägheitsloses Arbeiten und eine große Genauigkeit der einzustellenden Temperatur auszeichnet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Das wärmeempfindliche Organ ist direkt oder indirekt abhängig vom Heizstrom der Kochplatte zusätzlich beheizt.

b) Das wärmeempfindliche Organ ist in jedem Betriebsfall ohne Zwischenschaltung einer thermischen Isolation der Kochplattentemperatur ausgesetzt, jedoch unter Einschaltung einer

die Übertragungszeit verzögernden Kapselung. Die Erwärmung des wärmeempfindlichen Organs kann während der Einschaltzeit der Regeleinrichtung ein thermisches Abbild der Erwärmung der Kochplatte an ihrer heißesten Stelle darstellen, wobei die Temperatur eines die Regeleinrichtung kapselnden Gehäuses der Temperatur dieser heißesten Stelle mit Verzögerung folgt.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß als Kriterium für das Wiedereinschalten der Reglereinrichtung und der Kochplatte die Tatsache angewendet wird, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt verschiedene Stellen eines wesentlichen Teiles der Kochplatte durch Wärmeausgleich Temperaturgleichheit erlangen und einen einstellbaren Temperaturwert erreichen. Das wärmeempfindliche Organ ist während der Einschaltzeit des Heizstromes vom Heizstrom zusätzlich beheizt, so daß die Einschaltzeit rein zeitabhängig, die Ausschaltzeit jedoch temperaturabhängig bestimmt ist.

Mit Vorteil ist bei der Einrichtung gemäß der Erfindung die von dem die Kochplatte durchfließenden Heizstrom direkt oder indirekt bewirkte Beheizung des wärmeempfindlichen Organs so bemessen, daß der Anstieg der Temperatur an dem wärmeempfindlichen Organ ungefähr mit dem Anstieg der Temperatur an der heißesten Stelle der Kochplatte bei deren Leerlauf gleichverläuft.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine elektrische Kochplatte mit der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Fig. ι zeigt einen Schnitt der Kochplatte und Fig. 2 eine Ansicht der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung; *5

Fig. 3 und 4 geben zwei Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regeleinrichtung wieder.

Mit ι ist das Gehäuse der Kochplatte bezeichnet, das aus Stahlblech besteht. Vorzugsweise wird dünnes Stahlblech verwendet, um die Masse der Kochplatte zu verringern. ArT der Innenseite des Kochplattengehäuses 1 befinden sich Wärmeleitrippen 2, zwischen denen ein Heizwiderstand 3 angeordnet ist. Der Heizwiderstand läßt den mittleren Teil des Kochplattengehäuses frei. In dem mittleren Teil des Kochplattengehäuses ist die erfindungsgemäße Einrichtung 4 zur selbsttätigen Temperaturregelung der Kochplatte angeordnet. Zum Zwecke ihrer leichten Austauschbarkeit in dem Kochplattengehäuse 1 befindet sich die Einrichtung in einem Gehäuse 5 (Reglergehäuse), das durch einen Dekkel 6 abgeschlossen ist. Im Innern des Reglergehäuses 5 befindet sich als wärmeempfindliches Organ der Regeleinrichtung ein Bimetallstreifen 7, der an der Innenseite des Gehäuses anliegt. Mit seinem freien Ende 8 wirkt der Bimetallstreifen 7 auf eine Kontaktfeder 9 ein, die einen Schaltkontakteil 10 trägt. Der Schaltkontaktteil 10 wirkt mit einem Schaltkontaktteil 11 zusammen, der an einer weiteren Kontaktfeder 12 sitzt. Die Schaltkontaktanordnung ist mit magnetischen Mitteln versehen in der Weise, daß eine durch einen permanenten Magneten erzeugte Magnetkraft die Schaltkontaktteile 10, 11 aneinanderdrückt. Hierzu können ein geeignet ausgebildeter permanenter Magnet und Weicheisenstücke verwendet werden. Wird die Kontaktfeder 9 von dem Bimetallstreifen 7 nicht berührt, so sind beide Schaltkontaktteile 10, 11 geschlossen. Erwärmt sich der Bimetallstreifen 7, so ¹^⁰ legt er sich gegen die Kontaktfeder 9 und reißt den Schaltkontaktteil 10 von dem Schaltkontaktteil 11 ab, wodurch eine sprunghafte Ausschaltbewegung zustande kommt. Um eine Einstellung der Ansprechtemperatur des Reglers vornehmen zu ">5 können, trägt das Reglergehäuse 5 ein drehbares Einstellglied 13, das an seinem unteren Ende einen Nocken 14 aufweist, welcher die Kontaktfeder 12 verstellt. Das Einstellglied 13 trägt an seinem oberen Ende z. B. eine Seilscheibe 15, durch die die für die Einstellung der Ansprechtemperatur erforderliche Drehbewegung übertragen wird. Kühlt sich der Bimetallstreifen 7 ab, so bewegt er sich zurück, wobei sich die Schaltkontaktanordnung schließt. Das Schließen und öffnen der Schaltkontaktanordnung wiederholt sich periodisch. In der Mitte des Kochplattengehäuses 1 befindet sich noch ein Schraubbolzen 16, der zum Befestigen des Reglergehäuses an dem Kochplattengehäuse 1 dient.

Nach der Erfindung ist das von einem Bimetall- iao streifen 7 gebildete wärmeempfindliche Organ mit einer zusätzlichen Beheizung durch den Heizstrom versehen, der durch den Heizwiderstand 3 fließt. Die zusätzliche Beheizung kann durch eine besondere Heizwicklung 17 erfolgen, die, wie die Fig. 2 1*5 erkennen läßt, in Reihe mit der Schaltkontaktanord-

nung liegt. Es kann auch der Bimetallstreifen so bemessen sein, daß er durch unmittelbaren Stromdurchgang beheizt wird.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung dienen die Schaubilder der Fig. 3 und 4. Die Fig. 3 zeigt ein Schaubild, das eine Periode eines Regelvorganges nach dem Aufheizen der Kochplatte ohne Wärmentzug durch Kochgut wiedergibt, während die Fig. 4 ein entsprechendes Schaubild des Regelvorganges bei auf die Kochplatte aufgesetztem Kochgut zeigt. In den Fig. 3 und 4 ist als Abszisse die Zeit und als Ordinate die Temperatur eingetragen. T₁ ist die Temperatur, bei der das wärmeempfindliche Organ den Heizstrom wieder einschaltet, T₂ ist die Temperatur, bei der das wärmeempfindliche Organ den Heizstrom ausschaltet. Zur Zeit t₀ der Periode wird die Beheizung der Kochplatte eingeschaltet. In dem Zeitpunkt t_t erfolgt die Ausschaltung des Heiz-

ao stromes. t₂ bzw. t₂ geben die Zeiten der Wiedereinschaltung wieder.

In dem Schaubild der Fig. 3 stellt die Kurve a den Temperaturverlauf der Kochplatte an ihrer heißesten Stelle, also unmittelbar an der Heizwicklung, dar. Die Kurve b gibt den Temperaturverlauf an dem Rand der Kochplatte wieder. Die Kurve c zeigt den Temperaturverlauf an der Reglerdose. Diese Kurven sind voneinander verschieden, da diese Stellen der Kochplatte sich verschieden stark erwärmen. Die Kurven sind über die Ausschaltzeit I₁ gestrichelt weitergezeichnet. Der gestrichelte Teil gibt an, welchen Temperaturverlauf die betreffenden Stellen der Kochplatte haben würden, falls die Ausschaltung durch die Regeleinrichtung nicht erfolgt, d ist die Kurve des Temperaturverlaufes an dem wärmeempfindlichen Organ selbst. In der Zeit zwischen t₀ und t_t hat die Kurve d einen sehr großen Anstieg und verläuft praktisch geradlinig. Dieser steile Anstieg der Kurve ist durch die Beheizung des wärmempfindlichen Organs durch den Heizstrom gegeben, der durch den Heizwiderstand fließt. Das Temperaturintervall T₁ und T₂ (etwa 30⁰) ist möglichst groß gewählt, um dem wärmeempfindlichen Organ für den Schaltvorgang ' eine große Arbeitsleistung entnehmen zu können. Auf diese Weise erhöht sich erheblich die Schaltleistung der Schaltkontaktanordnung, die den Heizstrom schaltet. Diese Erhöhung der Schaltleistung ist nur durch die Beheizung des wärmeempfindliehen Organs durch den Heizstrom möglich. Vorzugsweise ist die zusätzliche Beheizung des wärmeempfindlichen Organs so bemessen, daß der Temperaturanstieg an dem wärmeempfindlichen Organ praktisch gleich dem Temperaturanstieg der Kochplatte an ihrer heißesten Stelle ist. In diesem Falle stellt die Erwärmung des wärmeempfindlichen Organs in dem Bereich zwischen t₀ bis I₁ im wesentlichen ein thermisches Abbild der Erwärmung der Kochplatte an ihrer heißesten Stelle dar. Diese Bemessung der zusätzlichen Beheizung hat den Vorzug, daß die Regelung der Temperatur der Kochplatte im Leerlauf, die an sich schwierig durchzuführen ist, da bei einer massearmen Kochplatte leicht unerwünschte Temperatursteigerungen auftreten, besonders sorgfältig, also besonders genau, erfolgt.

Wird zur Zeit t_x der Heizstrom abgeschaltet, so tritt sofort an der heißesten Stelle der Kochplatte eine Abkühlung ein. Die Kurve α fällt von diesem Zeitpunkt ab sofort ab. Die Kurve b, die den Temperaturverlauf der Kochplatte an ihrem Rand wiedergibt, steigt nach dem Abschalten des Heizstromes noch etwas, da der Rand der Kochplatte durch die heißeren Stellen der Kochplatte noch etwas aufgeheizt wird. Sodann findet ein Abkühlen des Randes der Kochplatte statt. Die Kurve c, die den Temperaturverlauf an dem Reglergehäuse wiedergibt, steigt noch eine etwas längere Zeit an, da das Reglergehäuse durch die wärmeren Teile der Kochplatte noch weiter aufgeheizt wird. Alsdann nimmt die Temperatur des Reglergehäuses ebenfalls ab. Die Temperatur an dem wärmeempfindlichen Organ nimmt nach Abschalten des Heizstromes sofort ab, wie die Kurve d es zeigt. Bei immer größer werdenden Zeitwerten nähern die Kurven α bis d sich einander immer mehr und laufen ineinander, da durch Wärmeaustausch Temperaturgleichheit an den verschiedenen Stellen der Kochplatte eintreten muß. Die Abkühlkurve des wärmeempfindlichen Organs kann nie tiefer als die go übrigen Abkühlkurven der übrigen Stellen der Kochplatte liegen. Erfindungsgemäß erfolgt die Wiedereinschaltung des Heizstromes durch die Regeleinrichtung in dem Zeitpunkt, in dem praktisch an den verschiedenen Stellen der Kochplatte Temperaturgleichheit eingetreten ist. Dies ist der Zeitpunkt t_z.

Da nach jeder Ausschaltung des Heizstromes die Temperaturkurven während des Abkühlvorganges ineinanderlaufen, ist durch den Zeitpunkt t₂ ein geeignetes Mittel gegeben, um eindeutig die Wiedereinschaltung des Heizstromes durch die Regeleinrichtung durchzuführen. Damit wird eine eindeutige Steuerung der Temperatur an der Kochplatte durch die Regeleinrichtung erreicht.

In dem Schaubild der Fig. 4, das eine Periode des Regelvorganges an der Kochplatte bei Wärmeentzug durch Kochgut wiedergibt, stellen die Kurven a' und V den Temperaturverlauf der Kochplatte an der heißesten Stelle bzw. an dem Rand und die Kurve c' den Temperaturverlauf an dem Reglergehäuse dar. In der Zeit zwischen t₀ und t_t liegen die Kurven a' und V niedriger als die Kurven α und b des Schaubildes der Fig. 3, da durch das Kochgut Wärmeentzug erfolgt. Mit d ist wieder die Kurve des Temperaturverlaufes am wärmeempfindlichen Organ bezeichnet. Diese Kurve hat den gleichen Anstieg wie die Kurve d in dem Schaubild der Fig. 3, weil während der Einschaltung des Heizstromes der gleiche Heizstrom durch ia· den HeizwMerstand fließt, unabhängig davon, ob auf der Kochplatte ein Kochtopf aufgesetzt ist oder nicht. Die Abschaltung des Heizstromes erfolgt, wenn das wärmeempfindliche Organ die Temperatur T₂ erreicht hat. Dies geschieht zu dem gleichen i«5 Zeitpunkt t_x wie in dem Schaubild der Fig. 3. Ist

der· Heizstrom abgeschaltet, so sinkt sofort die Temperatur an der Kochplatte an der heißesten Stelle, wie die Kurve«' erkennen läßt. An dem Rand der Kochplatte tritt noch, wie die Kurve V zeigt, eine kleine Aufheizung auf, sodann erfolgt ebenfalls eine Abkühlung. An dem Reglergehäuse ist für eine etwas größere Zeit noch eine Aufheizung festzustellen, da die benachbarten Teile der Kochplatte wesentlich wärmer sind als die Reglerdose. Nach dieser Aufheizung nimmt aber auch die Temperatur an der Reglerdose ab (Kurve c i). Bei größer werdenden Zeitwerten nähern sich wieder stark die Kurven a', b', c' und d und laufen ineinander über. In dem Zeitpunkt, in dem durch den Wärmeaustausch praktisch Temperaturgleichheit entstanden ist, erfolgt erfindungsgemäß die Wiedereinschaltung des Heizstromes. Es ist der Zeitpunkt t₂'. In dem Schaubild der Fig. 4 ist die Zeit f₂' kleiner als die Zeit i₂ in dem Schaubild der ao Fig. 3. Dies hat zur Folge, daß die Zeitdauer der Periode bei Wärmeentzug der Kochplatte durch Kochgut kleiner ist als die Zeitdauer der Periode bei einer leer laufenden Kochplatte. Die Periodenzahl der Regelvorgänge an der Kochplatte mit »5 Kochgut ist also größer als die Periodenzahl an einer leer laufenden Kochplatte. Dies muß auch sein, da an der Kochplatte mit Wärmeentzug größere Energiemengen benötigt werden als an einer leer laufenden Kochplatte.

An der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist die Einschaltzeit des Heizstromes während jeder Periode nach dem Aufheizen der Kochplatte praktisch gleich, unabhängig davon, ob der Kochplatte durch Kochgut Wärme entzogen wird oder nicht. Auch ist die Einschaltzeit unabhängig von der Verteilung der Temperatur an der Kochplatte. Die Einschaltzeit ist gegeben durch, die zusätzliche Beheizung des wärmeempfindiichen Organs durch den Heizstrom, der stets der gleiche ist, und durch das Temperatu'rintervall T₁ bis T₂: Das wärmeempfindliche Organ arbeitet somit während der Einschaltzeit lediglich als Zeitrelais. Ist der Heizstrom ausgeschaltet, so kühlt sich das wärmeempfindliche Organ, das während der Einschaltzeit aufgeheizt worden ist, mehr oder weniger stark, je nach der Erwärmung der Kochplatte, ab und führt in dem - -·-- Zeitpunkt, in dem durch Wärmeaustausch Temperaturgleichheit erreicht wird, die Wiedereinschaltung aus. In der Ausschaltzeit des Heizstromes wirkt das wärmeempfindliche Organ im Gegensatz zu der Einschaltzeit als Thermostat.

Während die Temperatur T₁ der Kochplatte durch Verstellung des Einstellgliedes beliebig verändert werden kann, liegt die Einschaltze.it des Heizstromes fest durch die Konstruktion der Regeleinrichtung. Bei der Konstruktion der Regeleinrichtung ist zu berücksichtigen, daß kleine Einschaltzeiten große Periodenzahlen des Regelvorganges und umgekehrt große Einschaltzeiten kleine Periodenzahlen des Regelvorganges ergeben. Größere Periodenzahlen haben den. Vorzug einer gröi· ßeren Genauigkeit in der Regelung der. Temperatur, kleinere Periodenzahlen den Vorzug einer geringeren Kontaktabnutzung. Für die Konstruktion der Regeleinrichtung ist daher von maßgeblicher Bedeutung der jeweilige Verwendungszweck des Wärmegerätes..

Da für.das Ausschalten des Heizstromes keine Wärmeübertragung von der Kochplatte auf das wärmeempfindliche Organ notwendig ist, ist die Arbeitsweise der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung nicht mit der nachteiligen Reaktionszeit behaftet, die an bekannten Regeleinrichtungen auftritt, welche den Heizstromkreis in Abhängigkeit von der Erwärmung des Gerätes abschalten. Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung arbeitet somit völlig trägheitslos, gleichgültig, ob die Kochplatte Kochgut erwärmt oder nicht. Infolge der ver- _; hältnismäßig großen Periodenzahl bei der Arbeitsweise der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung wird die gewünschte Temperatur der Kochplatte mit großer Genauigkeit gesteuert.

Infolge des großen Temperaturintervalls zwischen dem Wiedereinschalten und Ausschalten (T₁, T₂) ist das wärmeempfindliche Organ imstände, eine verhältnismäßig große Energie für die Betätigung der Schaltkontaktanordnung zu liefern. Diese Energie, die infolge der Beheizung des wärmeempfindlichen Organs durch den Heizstrom aus dem Netz bezogen wird, gestattet es, die Schaltkontaktanordnung mit einer Momentschaltung zu versehen, um die Schaltleistung zu erhöhen. Damit ist die Verwendung einer schleichend arbeitenden Schaltkontaktanordnung vermieden, die man an den bekannten Regeleinrichtungen verwenden mußte. Infolge der erhöhten Schaltleistung an der Schaltkontaktanordnung ist es möglich, größere Heizströme zuverlässig auch über eine längere Betriebszeit ein- und auszuschalten. Dadurch kann die Leistungsaufnahme der durch eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung gesteuerten Kochplatte wesentlich gesteigert werden. Das führt dazu, daß die Aufheizzeiten der Kochplatten wesentlich kür- ,_; zer gehalten werden können als bisher.

Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist nicht nur an Kochplatten anwendbar, sondern auch an beliebigen anderen Wärmegeräten. Da manche Wärmegeräte Teile besitzen, bei denen die Höhe ihrer Temperatur unbeachtlich ist, ist es selbstverständlich, daß an diesen Geräten die Regeleinrich- no tung gemäß der Erfindung die Temperatur nur an dem für die Wärmewirkung wesentlichen Teil des Gerätes kontrolliert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: _n

   X. Einrichtung zur selbsttätigen Temperatur-

   ■ regelung für elektrische Kochplatten, mit einem periodisch den-Heizstrom ein- und ausschaltenden wärmeempfindlichen Organ, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: _lao

   ■ a) Das wärmeempfindliche Organ (7) ist di- ; rekt oder indirekt abhängig vom Heizstrom

   der Kochplatte zusätzlich beheizt. • b) Das, wärmeempfindliche Organ (7) ist in jedem Betriebsfall ohne Zwischenschaltung iss einer.thermischen Isolation der Kochplat-

   tentemperatur ausgesetzt, jedoch unter Einschaltung einer die Übertragungszeit verzögernden Kapselung.
   2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem die Kochplatte durchfließenden Heizstrom direkt oder indirekt bewirkte Beheizung des wärmeempfindlichen Organs (7) so bemessen ist, daß der Anstieg der Temperatur an dem wärmeempfindlichen Organ (7) ungefähr mit dem Anstieg der Temperatur an der heißesten Stelle der Kochplatte bei deren Leerlauf gleichverläuft.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 585381, 465557; britische Patentschrift Nr. 522 930.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©909 618/457 4.69