Zeitschaltuhr
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zeitschaltuhr mit Synchronmotorantrieb und Zeitvorwahl über ein Differentialgetriebe, zur Steuerung von elektrischen Speicherheizungen.
In immer stärkerem Masse wird elektrische Energie zur Raumbeheizung herangezogen und damit dem Bedürfnis nach Komfort bei absoluter Sicherheit und Zuverlässigkeit bei einem Minimum an Bedienungs- und Wartungsaufwand entgegengekommen.
Die Elektrizitätsversorgungsunternehmen machen diese Art der Raumbeheizung wirtschaftlich tragbar, indem sie zu bestimmten Nacht- und teilweise auch Tagzeiten tariflich begünstigten Strom an den Verbraucher abgeben, was wiederum für die Elektrizitätswerke mit dem Vorteil einer besseren Ausnutzung ihrer Energiekapazität, besonders während der Nachtstunden, verbunden ist.
Problematisch sind jedoch hierbei für die Elektrizitätswerke die starken Belastungsspitzen, die beim gleichzeitigen Einschalten der Heizungsanlagen über Tarifuhren oder Rundsteueranlagen bei Beginn der Niedertarifzeiten auftreten.
In der Tat wird jedoch nur in seltenen Fällen der Zeitraum des verbilligten Tarifs zur Sättigung eines elektrischen Speicherofens voll benötigt. Vielmehr legt man die Aufladung in den letzten Teil der Niedertarifzeit, um einmal genügend Wärmeeinheiten für den folgenden Tag gespeichert zu haben, zum anderen, dass die Verluste durch Wärmeabstrahlung ausserhalb der eigentlichen Nutzungszeiten der Räume möglichst nieder sind.
Über eine Tarifschaltuhr des Stromlieferanten wird der Leistungszähler auf den Nachttarif umgeschaltet, der in der Regel 9 Stunden beträgt. Speicherheizungen oder Wasserboiler benötigen jedoch nur in seltenen Fällen zur Sättigung den vollen Zeitraum des Nachttarifs.
Um jedoch für den folgenden Tag genügend Wärmeeinheiten zu speichern, ohne Wärmeverluste in Kauf zu nehmen, wird die Aufheizzeit immer via der eigentlichen Abcchaltzeit durch die Tarifschaltuhr an aufwärts gerechnet. Zur Steuerung bzw. Vorwahl der Aufheizzeit in Abhängigkeit der tagsüber zur Beheizung der Räume erforderlichen Wärmeeinheiten werden Zeitschaltuhren benötigt.
Die Wirtschaftlichkeit einer Speicherheizung kann noch erhöht werden, wenn die Aufladedauer und damit der Wärmebedarf vom Verbraucher selbst gewählt und an die herrschende Aussentemperatur in einfacher Weise angepasst werden kann. Diese Aufgabe wird von bekannten, zeitabhängigen Schaltwerken übernommen. Sie verlegen die Aufheizung automatisch in den letzten Teil der Niedertarifzeit, wobei an einem Stellknopf die Dauer der Aufheizzeit vorgewählt werden kann. Derartige Schaltwerke werden von einer Tarifuhr oder Rundsteueranlage bei Beginn der Niedertarifzeit angesteuert. Die Aufladung der Speicheröfen beginnt jedoch erst entsprechend der vorgewählten Heizzeit. Abgeschaltet wird der Ofen am Ende der Niedertarifzeit.
Dieser Ablauf wiederholt sich täglich, bis eine andere Einstellung vorgenommen wird.
Darüber hinaus sollten derartige Zeitschaltuhren aufgabengemäss die Programmierungsmöglichkeit besitzen, zu beliebigen Zeiten, ausserhalb der Niedertarifzeit - sofern vom Elektrizitätswerk zugelassen - eine Nachspeicherung vorzunehmen, wobei sich die Nachladung beispielsweise nur auf einen einzigen Tag beschränken soll, um beispielsweise eine unbeabsichtigte Dauerladung auszuschliessen.
Diesen Nachteil der Dauerladung besitzen bekannte Speicherheizungs-Schaltuhren. Bei dieser Art von Uhren besteht die Möglichkeit, dass aus Versehen der Handschalter eingeschaltet bleibt, wodurch gerade während der Nachtzeit, also ausserhalb der eigentlichen Nutzungszeit der Räume, der Ofen aufgeladen wird. Es wird somit Wärmc gespeichert, die in dieser Menge nicht gebraucht wird. Auch ist die Nachttarif-Speicherautomatik ausser Betrieb, d. h. sie ist kurzgeschlossen.
Des weiteren sollen derartige Schaltwerke mit der Möglichkeit versehen sein, eine Dauerladung von Hand zu beliebiger Tageszeit vorzunehmen.
Die bekannten Zeitschaltuhren, welche zur Steuerung der elektrischen Heizung von Speicheröfen zeitlich vorwählbar sind, werden von einem Synchron-Kleinmotor angetrieben- der über ein Untersetzungsgetriebe und entsprechende mechanische Schaltglieder einen elektrischen Schalter betätigt, wobei zwischen zeithaltendem Antrieb und Schaltkontakt ein in Zeiteinheiten geeichtes, manuell einstellbares, mechanisches Verzögerungsglied an- geordnet ist, das nach Art einer schiefen Ebene ausgebildet, vom zeithaltenden Antrieb abgetastet wird, wobei der zeithaltende Antrieb nach durchlaufener Abtaststrecke den Kontakt betätigt. Diese Art der Zeitein- stellung bzw. Einschaltzeitverzögerung ist recht ungenau und toleranzbehaftet und befriedigt in keiner Weise die Anforderungen, die an die Einschaltzeit und deren Reproduzierbarkeit gestellt werden.
Zeitliche Schaltdifferenzen von einer Stunde und mehr zwischen vorgewählter und geschalteter Zeit sind keine Seltenheit. Derartige Ungenauigkeiten wirken sich in den Heizungskosten stark aus. Auch bewirkt eine derart unkontrollierte Steuerung der elektrischen Heizung (iber- oder Unterspeicherung von Wärmeeinheiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Zeitschaltuhren zu vermeiden und das zeithaltend angetriebene Werk mit einem Vorwählsystem zu versehen, das in bezug auf Einstell- und Schaltgenauigkeit toleranzlos arbeitet, wobei die Über- setzung Einstellweg zu Schaltweg grösser als 1 sein kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einer von einer Tarifuhr gesteuerten Zeitschaltuhr eine auf einem Planetenrad eines Differentialgetriebes angeordnete Schaltscheibe vorgesehen ist, die mit zwei zueinander und bezüglich des Schaltzeitbeginns der Tarifuhr fest eingestellten Schaltreitern versehen ist, welche einerseits der Schaltung des Ladekontaktes der Heizung und anderseits der Schaltung eines Kontaktes des Motorstromkreises der Uhr dienen, welche einerseits den von der auf dem Sonnenrad des Differentialgetriebes angeordneten, zur Schaltnockenscheibe synchron umlaufenden und vorwählbaren Schaltscheibe über einen Schaltreiter und einen Kontakt geschalteten Ladestromkreis rückstellt und anderseits den von der Tarifuhr ausgelösten Zeitablauf der Uhr zeitgenau kongruent zur Ausgangslage beendet.
Durch diese Massnahmen wird der Vorteil einer ganz besonders hohen Einstellgenauigkeit bei verhältnismässig einfachem Aufbau und leichter und übersichtlicher Bedienbarkeit erzielt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann nun das zeitabhängige Schaltwerk mit einem ein- oder mehrstufigen Schalter versehen sein, der, nach Handeinstellung aus seiner Null-Lage heraus, eine Tagesnachspeicherung zulässt und automatisch vom Schaltwerk nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode in seine Null Lage zurückführbar ist.
Durch diese Massnahme lässt das Schaltwerk, nachdem der Schalter manuell eingelegt wurde, eine Tagesnachspeicherung zu, worauf dieser automatisch vom Schaltwerk, beispielsweise kurz nach Beginn der nachfolgenden Nachtspeicherung, in die Stellung Nachhcizung Aus zurückgcführt wird.
Eine unbeabsichtigte Dauerladung während der teuren Tagtarifzeiten über mehrere Tage ist somit mit der automatischen Löschung der Tagnachheizung unmöglich. Die Tagnachladung müsste täglich wieder neu vorgewählt bzw. eingelegt werden.
Mit dem Tagnachladc-Schalter braucht nicht nur teurer Tagtarif bezogen zu werden. sondern es kann auch über eine Tarifuhr oder Ringleitung der Elektrizitätsversorgung zu bestimmten Zeiten billiger Strom zur Nachladung bezogen werden. Die Einstellung muss täglich neu vorgenommen werden.
Auch kann eine weitere manuell bedienbarc Schaltstellung eingebaut sein. die cs erlaubt, die Daucrladung vorzunehmen. Die Nachladung wird erst dann wieder unterbrochen, wenn von Hand der Schalter wieder auf die Stellung AUS umgelegt wird. Darüber hinaus ist cs auch bei diesem Hand-El N-AUS-Schalterkontakt mit einer entsprechenden Tarifschaltuhr des Elektrizitätsversorgungsunternchmens möglich, verbilligten Tagtarif dauernd zu beziehen, ohne dass die Automatikspeicherung währcnd der Nachttarifzeit beeinträchtigt wäre, bzw. dass täglich der Schalter neu eingelegt werden muss, wie es bei der Schalterstellung Nachladung EIN mit automatischer Rückführung auf AUS der Fall ist.
Um den Verschleiss des Schalters möglichst klein zu halten, wird dieser zwecksmässig als Sprungschalter ausgebildet. Hierdurch lässt sich ein schleichendes Kontaktgeben oder -öffnen, verbunden mit Kontaktbrand und unkontrollierbarer Übergangswiderstandsbildung, vermeiden.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sollen nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Zeitschaltuhr im Schnitt,
Fig. 2 ein Schalt-Zeit-Programm einer derartigen Schaltuhrenanlage,
Fig. 3 einen Schaltplan einer derartigen Speicherheizungs-Steuerung,
Fig. 4 die Schaltuhr gemäss Fig. 1 in der Vorderansicht,
Fig. 5 schematisch das zeitabhängige Schaltwerk gemäss Fig. ],
Fig. 6 ein Schalt-Zeit-Programm, das eine Speicherung nur während der Nachtzeit erlaubt,
Fig. 7 einen Schaltplan einer derartigen Speicherheizungssteuerung mit Speicherung während der Nachttarifzeit und manuelle Nachladung zu beliebigen Tageszeiten,
Fig. 8 einen Schaltplan einer Speicherheizungssteucrung mit Speicherung während der Nachttarifzeit und von Hand vorwählbarer Nachladung während der Tagtarifzeit und
Fig. 9 die Schaltuhr gemäss Fig.
5 in der Vorderansicht.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Synchron-Kleinmotor, der über ein Untersetzungsgetriebc 2 und 3 das Planetenrad 4, das auf der Welle 5 angeordnet ist, antreibt.
Das Planetenrad 4 stcht mit dem Rad 6 in Eingriff, das wie das Rad 7, das mit dem Rad 9 kämmt, auf dem Sonnenrad 8 angeordnet ist. Das Planeten rad 9, in Eingriff mit dem Rad 7 und ebenfalls wie das Rad 4 und das Rad 8 auf der Welle 5 gelagert, wird über das Getriebe 10 und den Knopf 11 zeitlich vorgewählt.
1 2 bezeichnet eine Lagerplatine. Auf dem Umfang des Sonnenrades 8 sind beispielsweise Schaltreiter 13 und 14 angeordnet, die über ein Schaltrad 15 und einen Kontaktnocken 16 einen Schaltarm 17 eines Schaltsatzes 18 betätigen.
Mit dem Planetenrad 4 des Antriebes ist eine Schaltseheibe 19 verbunden, die einen Schaltreiter 20 trägt.
Im Schalt-Zeit-Diagramm nach Fig. 2 ist beispielsweise eine Programmierung dargestellt. In der Regel läuft der Nachttarif 9 Stunden, von 21 bis 6 Uhr. Dem Beispiel nach soll die Speicherheizzeit 3 Stunden betragen. Sie bemisst sich vom Zeitpunkt der Ausschaltung durch die Tarifuhr an rückwärts, um der Wärmebedarfszeit am nächsten zu liegen. Nach Fig. 3 schaltet die Tarifuhr 21 um 21 Uhr über den Kontakt 22, den Nachtstromabnehmer und damit die Speicherschaltuhr 24 ein. Der Synchronmotor in Fig. I läuft an und treibt das Planetenrad 4 an, das über das Rad 6 das Sonnenrad 8 antreibt, und das vom Planetenrad 9 über den Drehknopf 11 zum Schaltreiter 20 in seiner Einschaltzeit manuell um 3 Stunden vorgewählt wurde.
Um 23 Uhr tritt der Haltekreiskontakt 25 des Speicherschaltwerkes 24, vom Motor 1 betrieben, in Tätigkeit und trennt den Synchronmotor-Stromkreis 26 vom Tarifschaltuhrkreis. Um 3 Uhr schaltet das Sonnenrad 8 den Kontakt 27 und damit die Speicherheizung über den Schutzschalter 23 ein. Um 6 Uhr schaltet die Tarifuhr 21 den Speicherheizkreis ab. Die Speicherschaltuhr 24 läuft mit ihrem eigenen Haltekreis 25 weiter, bis das Planetenrad 4 über den Schaltreiter 20 den Kontakt 27 gegen 8 Uhr öffnet. Der Haltekreis bringt die Zeitschaltuhr 24 an ihren End- bzw. Anfangspunkt um 9 Uhr und schaltet den Kontakt 25 aus bzw. wieder auf Bereitschaft. Mit der Kontakteinrichtung 28, die extra bedienbar ist, kann wahlweise von Hand 29 oder automatisch 30 der Schutzschalter 23 geschaltet werden.
In Fig. 4 bedeutet 3 1 das Gehäuse, 32 das Zifferblatt, 33 den Zeitvorwahlknopf und 34 den Hand-Automatik-Betriebsschalter. 35 kennzeichnet eine Abdeckmaske.
In Fig. 5 bedeutet 1 den Synchronmotor, der über ein Untersetzungsgetriebe 2 und 3 das Planetenrad 4, das auf der Welle 5 angeordnet ist, antreibt. Das Planetenrad 4 steht mit dem Trieb 6 in Eingriff, der wie der Trieb 7 mit einer gemeinsamen Welle verbunden auf dem Sonnenrad 8 gelagert ist. Über das Planetenrad 9, in Eingriff mit dem Trieb 7, kann mittels des Knopfes 10 das Sonnenrad 8 und damit die Speicherheizzeit vorgewählt werden. Auf dem Umfang des Sonnenrades 8 sind Schaltreiter 11 angeordnet, die über einen Kontaktsatz 120 den Speicherarbeitskreis schalten.
Mit dem Planetenrad 4 des Antriebes ist eine Schaltnockenscheibe 130 verbunden, die Schaltnocken 140 trägt und welche teils den Haltekreiskontakt 150, teils den Nachladekontakt 1 60 schalten.
Im Schalt-Zeit-Diagramm nach Fig. 6 ist beispielsweise eine Programmierung dargestellt. In der Regel läuft der Nachttarif 9 Stunden, von 21 bis 6 Uhr. Dem Beispiel nach soll die Speicherheizung 6 Stunden betragen. Sie bemisst sich vom Zeitpunkt der Einschaltung durch die Tarifuhr an rückwärts, um der Wärmebedarfszeit am nächsten zu liegen. Um 21 Uhr schaltet die Tarifuhr, der Nachtstromabnehmer und damit die Speicherschaltuhr ein. Der Synchronmotor 1 in Fig. 5 läuft und treibt das Planetenrad 4 an, das über den Trieb 6 das Sonnenrad 8 antreibt, und das vom Planeten rad 9 über den Drehknopf 10 zum Schaltreiter 11 in seiner Einschaltzeit manuell um 6 Stunden vorgewählt wurde.
Etwa um 23 Uhr wird der Haltekreiskontakt 150 der Speicherschaltuhr betätigt und trennt den Synchron motorstromkreis vom Tarifschaltuhrkreis. Um 24 Uhr schaltet das Sonnenrad 8 über den Kontakt 120, der in Serie mit dem nicht gezeichneten Tarifschaltuhrkontakt liegt, die Speicherheizung ein. Um 6 Uhr schaltet die Tarifuhr den Heizkreis und damit die Heizung ab. Die Speicherschaltuhr läuft mit ihrem Haltekreis weiter, bis das Planetenrad 4 über den Schaltreiter 14 den mit dem Tarifuhrkontakt in Reihe liegenden Arbeitskontakt 160 gegen 8 Uhr öffnet. Der Haltekreis bringt das Schaltwerk an seinen Ausgangspunkt 9 Uhr. Zu diesem Zeitpunkt schaltet sich das Schaltwerk über den Kontakt 150 selbst aus.
Wird es erforderlich, während des Tages eine Nachladung des Speicherofens vorzunehmen, dann kann über den eingebauten Schalter 160 gemäss Fig. 7 eine Handschaltung, unabhängig von der Automatik des Schaltwerkes, vorgenommen werden.
Die Ofenheizung 180 wird über den Schalter 170 an das Versorgungsnetz 19 gelegt. In dieser Schaltstellung des Schalters 1 60 kann die Handausschaltung vernachlässigt werden, denn durch die im Schaltwerk eingebaute Automatik wird die Handeinschaltung kurz nach Inkrafttreten der Niedertarifzeit automatisch ausgeschaltet. Diese Ausschaltung erfolgt durch das Zeitschaltwerk. Wird dieses durch die Tarifschaltuhr 20 bei Beginn der Niedertarifzeit um 21 Uhr eingeschaltet, dann treibt der Synchronmotor 1 über das Untersetzungsgetriebe 2 und 3 das Planetenrad 4 an, auf dessen Welle 5 die Schaltnockenscheibe 130 angeordnet ist und mit dem Planetenrad 4 synchron umläuft.
Steht der Handschalter 160 auf ElN-Stellung, dann kommt nach etwa 1 Stunde Laufzeit des Schaltwerkes der nicht gezeichnete Ausschaltnocken des Schalters 160 mit dem Schaltnocken 14 der Schaltnockenscheibe 130 in Eingriff, d. h. der Schalter 160 wird vom Schaltnocken 14 automatisch auf AUS-Stellung gebracht.
Diese vorbeschriebene Anordnung gewährleistet, dass eine unbeabsichtigte Dauerladung über mehrere Tage während der teuren Tagtarifzeiten ausgeschlossen ist.
Auch wird durch die Atomatik vermieden, dass bei versehentlicher Handschalterstellung auf EIN während der Nachtzeit und damit ausserhalb der eigentlichen Nutzungszeiten der Räume Wärme gespeichert, d. h.
der Ofen unwirtschaftlich aufgeladen wird.
Die Hand-EIN-Automatik-AUS-Schaltung erlaubt des weiteren nach Fig. 8 eine Handschaltungsmöglichkeit während eines Tages mit Niedertagtarif, zum Beispiel zwischen 12 und 13.30 Uhr. In diesem Falle liegt der Handschalterkontakt 160 in Reihe mit dem von der Tarifuhr 20 oder einer Rundsteueranlage der Energieversorgungsgesellschaft gesteuerten Kontakt 21. Wird der Handladekontakt 160 vorgewählt, d. h. auf EIN gelegt, dann schaltet die Tarifuhr 20 zu gegebener Niedertarifzeit die Heizung ein und aus, während der Kontakt 160 vom Schaltwerk nach Einsatz der Nachttarifzeit gegen 22 Uhr automatisch ausgeschaltet wird.
In Fig. 9 bedeutet 22 das Gehäuse des Zeitschaltwerkes mit den Anschlussklemmen 23, welche im nichtsichtbaren Montagesockel des Schaltwerkes befestigt sind. Das Schaltwerk selbst wird auf dem Sockel aufgesteckt, wobei der nicht dargestellte Schaltersatz mit Kontaktmessern versehen ist, welche in entsprechenden Nuten der Anschlussklemmen 23 eingedrückt werden.
Durch die beiden Schrauben 24 wird das Schaltwerk mit dem Sockel vcrschraubt. 25 zeigt die gedruckte oder geätzte Skala, welche auf der Vorderplatine des Schaltwerkes befestigt ist und deren Befestigungsteile von einem Blendrahmen 26 verdeckt werden. Die Skala 25 ist zur Gehäusevorderseite bzw. zum Blendrahmen 26 vcrtieft angeordnet. Mit dem zur Gehäuseachse koaxial angeordneten Drehknopf 27 kann die Ladezeit für den Speicherofen zwischen 0 und 9 Stunden vorgewählt werden. 28 zeigt den mehrstufigen Schalter in der Stellung Nachheizung Aus . In dieser Stellung erfolgt keine Nachheizung während des Tages, sondern es wird nur während der Nacht, entsprechend der Einstellung des Stellknopfes 27, aufgeladen.
In Stellung Nachheizung EIN erfolgt die Nachladung nur während eines einzigen Tages und wird automatisch kurz nach Beginn der nachfolgenden Nachtspeicherung wieder in Stellung Nachheizung AUS gebracht.
Mit der Schalterstellung Nachheizung DAUER EIN wird die Nachladung erst dann wieder unterbrochen, wenn von Hand der Schalter wieder auf die Stellung Nachheizung AUS umgelegt wird.
Das Zeitschaltwerk kann wahlweise für Ein- oder Aufbauzwecke verwendet werden. Bei Aufbaumontage wird über das Schaltwerkgehäuse 22 ein Übergehäuse gezogen, das mit dem allseitig über den Gehäuseumfang ragenden Frontrahmen 29 abschliesst.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, würde der 9stündige Nachttarif nicht voll in Anspruch genommen, dass eine automatisch vom Zeitschaltwerk bewirkte Sperrschaltung in Tätigkeit tritt, die eine Nachladung von Hand zeitlich begrenzen oder verhindern kann, indem zum Arbeitskontakt des Schaltwerkes ein vom Schaltwerk betätigter Sperrkontakt in Reihe gelegt wird.
Auch besteht noch die Möglichkeit, mittels einer einfachen Blockiereinrichtung im Zeitschaltwerk die Schalterstellung Nachheizung DAUER EIN teils aus energietechnischen Gründen der Versorgungsunternehmen, teils aus Gründen widerrechtlicher Benutzung zu verriegeln.