DE10104438B4 - Mehrpoliger Sicherheitsabschalter mit einem Drucksensor - Google Patents

Abstract

Sicherheitsabschalter eines Wassererhitzers mit von physikalischen Größen im zu schützenden Gerät beeinflußtem Schaltwerk, dadurch gekennzeichnet daß durch einen Ankerbolzen (12) ein Schieber (10) betätigt ist, wenn der Ankerbolzen (12) durch eine elektromagnetisch wirkende Spule (14) angetrieben ist und der Ankerbolzen (12) von einem Druckstift (17) eines Drucksensors bewegt ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Sicherheitsabschalter eines Wassererhitzers mit von physikalischen Größen im zu schützenden Gerät beeinflußtem Schaltwerk.
• Bei der drucksensiblen Abschaltfunktion wird der Druck über eine Membran in eine Kraft gewandelt, wogegen bei der elektrisch betriebenen Schaltfunktion zunächst eine Sensorik einen Wert erfaßt, über den eine Abschaltung erfolgt. Nachdem die Sensorik, ob elektrisch angetrieben oder über Druck betätigt, den Schalter geöffnet hat, ist eine Wiedereinschaltung nur über ein zusätzliches Stellglied, welches von Hand betätigt werden muß, wieder einschaltbar.
• Aus der DE 195 25 313 A1 ist ein mehrpoliger Sicherheitsabschalter bekannt. Hierbei öffnet ein von einem Fühlerelement antreibbares Auslöseglied den Kontaktsatz. Das Auslöseglied ist hierbei mit einer Auslösefeder axial belastet und weist eine Auslösekurve auf. Ein radial verschieblicher Sperrbolzen verhindert, daß die Schalthülse den auf Einschaltstellung stehenden Kontaktsatz öffnet. Durch die Gestaltung der Schaltfeder und damit der Schaltkraft wird bestimmt, wann der Kontaktsatz sich öffnet. Als Fühlerelemente dienen beispielsweise Wasserdruckfühler, Dampfdruckfühler, Ausdehnungsfühler oder magnetische Antriebe.
• Ein elektrisches temperatur- bzw. druckabhängig betätigtes Schnappschaltwerk ist aus der DE-PS 11 65 723 bekannt. Hier hält ein Kontaktträger mehrere bewegliche Kontakte, die über vorgespannte Blattfedern bei Überschreitung der Totpunktlage von einem Fühlerstößel schlagartig in die jeweils andere Stellung umschaltbar sind. Die elastische Formänderung im Schnappschaltwerk wird durch temperatur- oder druckempfindliche Organe erreicht. Beim Erreichen eines vorbestimmten Wertes kommt es zum schlagartigen Umspringen der Schaltglieder in ihre entgegengesetzte Lage. Mit Hilfe eines Wiedereinschalt-Druckknopfes wird von Hand eine Führungsplatte in entgegengesetzter Richtung verschoben.
• Ein Schalter, insbesondere ein temperaturgesteuerter Sicherheitsschalter für elektrisch beheizte Wassergeräte ist aus der DE-AS 24 25 485 bekannt. Die Schaltorgane werden dabei durch eine betätigbare Rasteinrichtung in einer vorgespannten Stellung gehalten. Der Schaltvorgang wird durch einen bewegbaren Steuerschieber erreicht. Die Feder, durch die eine Kraft auf den Steuerschieber ausgeübt wird, ist dabei nicht axial zur Bewegungsrichtung des Steuerschiebers angeordnet. Durch eine Schrägstellung der Feder wird eine Kraftkomponente zur Verfügung gestellt, die den Steuerschieber in eine exakt definierte stabile Ausgangslage drückt und dabei die mehr oder minder große Lagerluft in der Schieberführung ausgleicht. Ein U-förmiger Bügel ist mit dem Rastelement so gekoppelt, daß ein freier Schenkel die Bewegung des Steuerschiebers begrenzt. Eine Ausdehnungseinrichtung, die über Druck betätigt wird, kann den Bügel des Rastelementes in die Auslösestellung bewegen.
• Aus DE 297 03 728 U1 ist eine Schalteinrichtung für elektrische Durchlauferhitzer bekannt. Mit Hilfe einer Differenzdruckmessdose wird ein Arbeitskreis mit einer Betriebsschaltkontakt-Einrichtung geschaltet, und mit einer Sicherheits-Schalteinrichtung wird der Arbeitskreis mindestens bei einem Überdruck unterbrochen. Der Arbeitskreis und die Sicherheits-Einrichtung werden von einem gemeinsamen, mit einer Hubmembran gekoppelten Stößel betätigt, wobei die Betriebsschaltkontakt-Einrichtung bei in die Dose einwärts bewegtem Stößel geschlossen, und die Sicherheits-Schalteinrichtung bei aus der Dose nach außen bewegtem Stößel aktiviert ist.
• Aus DE 199 19 949 A1 geht eine Vorrichtung mit einem Sicherheitsschalter hervor. Der Sicherheitsschalter weist eine Stellvorrichtung auf, die zumindest über ein mechanisches Signal eines verschiebbaren Stößels und über ein elektrisches Signal betätigbar ist. Der Stößel wirkt beim Betätigen der Stellvorrichtung direkt auf den Anker und/oder direkt auf die Stellvorrichtung. Der in Längsrichtung verschiebbare Druckstößel ist mit einer Druckfeder vorgespannt und liegt an einer Membran an, die einen Zylinder eines hydraulischen Systems des Durchlauferhitzers abdichtet.
• Bei diesen Schaltwerken wirkt jeweils eine Kraft, die über eine Sensorik erzeugt wird, auf die Auslöseeinheit der Kontakte.
• Der in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, verschiedene physikalische Größen sensorisch zu erfassen und auf den Sicherheitsabschalter so zu übertragen, daß die Kontakte sicher geöffnet werden können.
• Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass verschiedene physikalische Größen erfaßt werden, diese im Sicherheitsabschalter in mechanische Kräfte umgewandelt werden und entsprechend einem jeweilig zugeordneten Grenzwert zu einer sicheren und definierten Öffnung der Kontakte führen. Dabei ist bei der vorliegenden Erfindung eine unabhängige Funktionsauslösung der verschiedenen Kräfte möglich. Bei gleichzeitiger Einwirkung der Kräfte unterstützen und ergänzen sich diese. Einerseits werden im Anker Kräfte induziert, wenn eine Spannungsänderung in der Spule erfolgt. Diese wird ausgelöst von einem vorgeschalteten Steuergerät, welches mit beliebigen Signalen, vorzugsweise Temperatursignalen, versorgt wird. Die zu überwachenden Druckkräfte werden jedoch direkt in der Membran sensorisch erfaßt und gleichzeitig in der Membran in eine Kraft umgewandelt. Die Membran erfüllt also die Funktionen des Sensors, des Steuergerätes und der krafterzeugenden Einheit.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung der krafterzeugenden bzw. kraftübertragenden Bauteile in einer Achse. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Kraftwirkungen beider Elemente in die gleiche Richtung weisen und die kraftübertragenden Bauelemente getrennt voneinander arbeiten können.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
• 1 einen 3-poligen Abschalter in einer Schnittdarstellung,
• 2 den Abschalter mit Gehäuse, Spule und Anschlußteilen, und
• 3 den drucksensiblen Bereich im Schnitt.
• Ein Sicherheitsabschalter 1 besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse 2. Im unteren Bereich ist die Andruckplatte 3 zur Aufnahme der elektrischen Kontakte 4 und der nicht dargestellten elektrischen Anschlussklemmen angeordnet. Zur Aufnahme und Positionierung von Druckfedern 5 ist rechts und links auf der Andruckplatte 3 jeweils ein Positionierdom 6 ausgebildet. Die an der Andruckplatte 3 befestigten Kontakte 4 sind nicht beweglich und ortsfest arretiert. Mit Hilfe von vier nicht dargestellten Schrauben wird die Andruckplatte 3 durch nicht dargestellte Bohrungen am Gehäuse 2 befestigt.
• Über der Andruckplatte 3 angeordnet ist eine Isolier- und Halteplatte 7. In dieser angeordnet und elastisch über die kontaktkraft-erzeugende Kontaktdruckfeder 8 sind die Kontakte 9. Die Isolier- und Halteplatte 7 wird von einem Schieber 10 in eine Position gedrückt, in der die Kontakte 9 die Kontakte 4 kontaktieren. Die Position ist weiterhin so gewählt, daß die Kontaktdruckfedern 8 eine für sicheren Stromfluß ausreichende Druckkraft erzeugen. Weiterhin sind die Druckfedern 5 unter Spannung zusammengedrückt, so daß zwischen der Isolier- und Halteplatte 7 und der Andruckplatte 3 eine weitere Kraft wirkt. Sichergestellt ist in dieser Positionierung, daß ausreichende Kontaktkräfte an den elektrischen Kontakten 4, 9 vorliegen und dass durch die Druckfedern 5 ausreichend große Kräfte vorhanden sind, um im Störfall die Isolier- und Halteplatte 7 mit den Kontakten 9 von der Andruckplatte 3 mit den Kontakten 4 zu trennen, damit kein elektrischer Strom mehr fließt.
• Die Kraftwirkungen, erzeugt durch die Druckfedern 5 und 8 zwischen der Andruckplatte und der Isolier- und Halteplatte, entstehen durch die Zwangspositionierung der Bauteile, die durch den Schieber 10 festgelegt ist. Der Schieber 10 wiederum wird durch das Bolzenende 11 des Ankers 12 positioniert. Der Anker 12 ist ein runder Bolzen, der axial beweglich im Spulenträger 13 gehalten ist. Weiterhin befestigt am Spulenträger 13 ist die Spule 14, mit der die nötigen Öffnungskräfte im Ankerbolzen 12 erzeugt werden. Für den Betrieb "störungsfrei" ist der Ankerbolzen 12 durch eine Rückstellfeder 15 in seiner axialen Lage arretiert. Im Betriebszustand "Störfall", wenn das Bolzenende 11 den Schieber 10 zwangsweise freigibt, wird in dem Ankerbolzen 12 eine Kraft induziert, die größer als die Rückstellkräfte der Rückstellfeder 15 und der gesamten Reibkräfte des Systems ist. In diesem Fall wird der Ankerbolzen 12 schlagartig nach rechts in das Gegenlager 16 geschlagen. Der Schieber 10 wird ebenfalls schlagartig durch die Kraftwirkung der Druckfedern 5 und 8 über die Isolier- und Halteplatte 7 nach oben gedrückt. Jetzt liegt die Isolier- und Halteplatte 7 frei vom Schieber 10 und ist durch die Kräfte der Druckfedern 5 so weit abgehoben, daß die Kontakte 4, 9 geöffnet sind.
• Ein ähnliches Verhalten weist die drucksensible Seite des Abschalters 1 auf. In gleicher axialer Richtung wie der Ankerbolzen 12 ist ein Druckstift 17 angeordnet. Er wird durch die Membran 18 gegen das Bolzenende 11 des Ankerbolzens 12 gedrückt. Damit die Membran 18 nicht durch zu starke Bewegung des Druckstiftes 17 beschädigt werden kann, damit also eine eindeutige Endpositionierung des Druckstiftes 17 zur Membran 18 sichergestellt ist, weist er einen Stiftrand 20 auf, der über das Stiftlager 19 hinaus nicht gedrückt werden kann. Die Druckkräfte auf die Membran 18 treten im Druckraum 21 auf, der im Bereich der Membran 18 eine Aufweitung aufweist. In diesem Druckraum 21 kann die Membran 18 auch die nötige Axialbewegung durchführen. Der Druck einer Flüssigkeit oder eines Gases erreicht den Druckraum 21 durch den Druckkanal 22. Im oberen Bereich des Druckkanals 22 befindet sich der Anschluß-Druckkanal 23. Der Druckkanal 22, der Anschluß-Druckkanal 23 und der Druckraum 21 werden vom Anschlußflansch 24 gebildet. Im Dichtbereich der Membran 18 weist der Anschlußflansch 24 eine Hinterschneidung 25 auf. Die Hinterschneidung 25 dient zur sicheren Fixierung und zur Abdichtung des Anschlußflansches 24 zum Gehäuse 2. Vorteilhaft ist die Befestigung des Anschlußflansches 24 mit dem Gehäuse 2 über zwei Schrauben 31. die in das Stiftlager 19 greifen. In der Dichtzone 26 werden die in der Membran entstehenden Zug- und Druckkräfte aufgenommen und gleichzeitig die Dichtwirkung erzeugt.
• Im "Störfall", wenn eine zu starke Abweichung des Druckwertes vom Sollwert auftaucht, überträgt die Membran 18 eine Axialkraft (Auslösekraft) auf den Druckstift 17, die größer ist als die Summe aus den Reibkräften im mechanischen Auslösesystem (insbesondere zwischen Schieber 10 und Ankerbolzen 12) und den Federkräften der Rückstellfeder 15 und der Druckfeder 27. In diesem Funktionsfall wird der Druckstift 17 in axialer Richtung und in Richtung des Ankerbolzens 12 bewegt. Mit der Druckfeder 27, der Rückstellfeder 15 und den durch Reibung entstehenden Kräften wird eine definierte Gegenkraft zur Membrankraft erzeugt, womit die Auslösekraft definiert ist. Am Ende des Druckstiftes 17 befindet sich ein weiterer Stiftrand 28, der ebenfalls die Axialbewegung des Druckstiftes 17 begrenzt. Weiterhin wird durch den Stiftrand 28 eine größere Auflagefläche der Membran 18 auf dem Druckstift 17 und eine Formanpassung des Druckstiftes 17 zur Membran 18 erreicht.
• Um eine lange Lebensdauer des Bauelementes zu erreichen, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der Stiftrand 28 im Kontaktbereich zur Membran 18 möglichst glatt und gratfrei ausgebildet ist, damit er die Membran 18 nicht beschädigt. Weiterhin ist der Druckstift 17 durch eine Stiftführung 29 so geführt, daß er sich nicht verkanten kann. Tritt nun der durch eine Druckabweichung bedingte "Störfall" ein, drückt der Druckstift 17 das Bolzenende 11 des Ankerbolzens 12 so weit zur Seite, daß ebenfalls der Schieber 10 frei liegt und damit eine schlagartige Öffnung der elektrischen Kontakte 4, 9 auslöst.
• Vorteilhaft ist eine einteilige Ausbildung von Ankerbolzen und Druckstift. Dadurch ist die Anzahl von Teilen und Lagerpunkten im System vermindert (nicht dargestellt).
• Sollte eine Druckabweichung gleichzeitig mit einer Krafteinwirkung auf den Ankerbolzen 12 (durch eine Sensorik ausgelöst) auftreten, so ergänzen sich die auftretenden Kräfte des Drucks und der Ankerbolzenkräfte in gleicher Richtung, so daß das Abschalten auch in diesem Fall sichergestellt ist.
• Eine selbsttätige Rückeinschaltung des Systems ist nicht möglich. Zur Wiederinbetriebnahme, d.h. zum Schließen der elektrischen Kontakte 4, 9 ist es erforderlich, den Schieber 10 wieder in seine Sollposition zu drücken. Dies wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Rückstellstiftes, der auf die Wippe 30 wirkt, ausgeführt. Durch das Überwinden der Federkräfte der Kontaktdruckfeder 8 und der Druckfeder 5 wird das System wieder in die Positionierung "geschlossen" überführt.

Claims (14)

1. Sicherheitsabschalter eines Wassererhitzers mit von physikalischen Größen im zu schützenden Gerät beeinflußtem Schaltwerk, dadurch gekennzeichnet daß durch einen Ankerbolzen (12) ein Schieber (10) betätigt ist, wenn der Ankerbolzen (12) durch eine elektromagnetisch wirkende Spule (14) angetrieben ist und der Ankerbolzen (12) von einem Druckstift (17) eines Drucksensors bewegt ist.
2. Sicherheitsabschalter eines Wassererhitzers mit von physikalischen Größen im zu schützenden Gerät beeinflußtem Schaltwerk, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Ankerbolzen (12) ein Schieber (10) betätigt ist, wenn der Ankerbolzen (12) durch eine elektromagnetisch wirkende Spule (14) angetrieben ist und der Ankerbolzen (12) von einem Druckstift (17) eines Drucksensors bewegt ist, wobei der Ankerbolzen (12) und der Druckstift (17) einteilig ausgebildet sind.
3. Sicherheitsabschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß sich die Mittelachsen des Druckstifts (17) und des Ankerbolzens (12) auf einer Linie befinden.
4. Sicherheitsabschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen des Druckstifts (17) und des Ankerbolzens (12) zueinander versetzt sind.
5. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß der Druckstift (17) und der Ankerbolzen (12) von mindestens einer Feder in ihrer Lage gehalten werden und daß diese Feder eine definierte Federkraft erzeugt, die zusammen mit den Reibkräften die Auslösekraft festlegt.
6. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die elektrischen Kontakte (4, 9) des Schaltwerks im Auslösefall geöffnet werden.
7. Sicherheitsabschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte (4, 9) des Schaltwerks im Auslösefall geschlossen werden.
8. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellung der elektrischen Kontakte (4) des Schaltwerks auf der Isolier- und Halteplatte (7) über einen auf eine Wippe (30) wirkenden Stift erfolgt.
9. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckraum (21) über einer Membran (18) des Drucksensors ausgebildet ist und dieser mit einem Druckkanal (22) und einem Anschluß-Druckkanal (23) an das zu überwachende Drucksystem anschließbar ist.
10. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß das Gehäuse (2) einen Anschlußflansch (24) mit Dichtflächen aufweist.
11. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (24) mit Schrauben und einer Flanschplatte am Gehäuse (2) befestigt ist.
12. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß-Druckkanal (23) als ein einzelnes Teil mit einem Dichtmittel druckdicht in den Anschlußflansch (24) integriert ist.
13. Sicherheitsabschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß der Anschlußflansch (24) nach oben weist.
14. Sicherheitsabschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (24) waagerecht angeordnet ist.