<Desc/Clms Page number 1>
Temperaturregler für elektrische Wärmegeräte
Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler für elektrische Wärmegeräte mit einem Heizelement und einem damit elektrisch verbundenen temperaturabhängigen Widerstand als Fühler, zu dem ein im wesentlichen temperaturunabhängiger Widerstand parallelgeschaltet ist.
In Waschmaschinen oder andern elektrischen Geräten werden Heizelemente verwendet, bei welchen ein elektrischer Draht oder eine Spirale vollständig in einer rohrförmigen Umhüllung verschlossen ist, um jeden direkten Kontakt zwischen dem Heizdraht und dem umgebenden Medium, wie z. B. Wasser zu vermeiden. Es wurden zwar thermostatische Kontrollen in der Vergangenheit verwendet, um eine Beschädigung der Heizelemente durch überlastung zu verhindern. Diese Vorrichtungen wirkten auf der Grundlage eines vorgegebenen Stromwertes und schützten daher die Elemente nicht gegen eine Beschädigung, welche durch eine Veränderung der wärmeaufnehmenden Eigenschaften oder der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Mediums verursacht wurden. So schützen z.
B. die bekannten Anordnungen nicht ein Heizelement, welches zur Funktion in eingetauchtem Zustand in Wasser bestimmt ist, wenn das Wasser abgeleitet wird und das Element von Luft umgeben ist. Es ist bereits auch versucht worden, eine Schutzvorrichtung gegen überlastung auf die Weise auszubilden, dass ein Bimetall-Kontakt an der Umhüllung des Heizelementes angeordnet wurde. Die Zeitspanne, welche zur Aufheizung des Bimetall erforderlich ist, wenn dieses in Funktion treten soll, verhindert jedoch nicht eine Beschädigung des Elementes in der Zwischenzeit.
Diese letztere Anordnung kann ausserdem zu unnötigen Ausschaltungen des Heizkreises führen, wenn z. B. das Heizelement zum Erwärmen von hartem Wasser verwendet wird. Unter diesen Umständen kann sich eine Kalkschicht rund um das Heizelement und den Bimetall-Kontakt bilden, welcher normalerweise in einem Kupfergehäuse angeordnet ist, welches auf der Umhüllung des Elementes aufgelötet ist. Da die Kalkschicht einen schlechten Wärmeleiter darstellt, während Kupfer ein guter Wärmeleiter ist, kann der Bimetall-Kontakt auf seine Ausschalttemperatur aufgeheizt werden, wenn die Gesamttemperatur des Heizelementes noch nicht die gefährliche Höhe erreicht hat. Auf diese Weise wird das Heizelement unnötig abgeschaltet.
Schalteinrichtungen mit einem ganz oder teilweise von Heizstrom durchflossenen temperaturabhängigen Widerstand, zu dem ein ohm'scher Widerstand oder ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand parallelgeschaltet ist, um den Temperatureinstellbereich des mit dem temperaturabhängigen Widerstand über Heizwicklungen im thermischen Kontakt stehenden Wärmegerätes zu erweitern, sind bekannt.
Bei diesen bekannten Schalteinrichtungen ist jedoch von Nachteil, dass der Strom, der durch den temperaturabhängigen Widerstand fliesst, selbst zum Abschalten eines Stromzweiges dient, so dass bei einem möglichen Ausfall des temperaturabhängigen Widerstandes, sei es durch Beschädigung einer entsprechenden elektrischen Zuführungsleitung, oder durch einen Wackelkontakt, der Heizstrom micht mehr teilweise oder ganz abgeschaltet wird, so dass als Folge das Heizelement durchbrennt bzw. das Wärmegerät zerstört werden kann.
Es ist auch bekannt, die Heizleistung und Temperaturüberwachung eines Wärmegerätes allein durch einen temperaturabhängigen Widerstand zu bewerkstelligen, wobei das Heizelement selbst als Fühler mit Sprungcharakteristik ausgebildet ist. Ein derartiges Heizelement wird in eine Rohrhülle angeordnet. Bei einer derartigen Einrichtung ist jedoch von Nachteil, dass sie nur für einen bestimmten
<Desc/Clms Page number 2>
Temperaturpunkt bzw. Schaltpunkt verwendet werden kann. Es ist also bei dieser bekannten
Einrichtung nicht möglich, den Schaltpunkt für das Ansprechen des Temperaturreglers zu verlegen, da ein Parameter für diese Massnahme, die bei Wärmegeräten wie Waschmaschinen erwünscht ist, hier fehlt.
Aufgabe der Erfindung ist, die oben erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile zu überwinden und zu beseitigen.
Die Lösung dieser gestellten Aufgabe besteht darin, dass ein Heizelement zusammen mit dem temperaturabhängigen Widerstand innerhalb einer Rohrhülle in Reihe geschaltet, angeordnet ist, und dass eine Kontaktvorrichtung auf die Stromänderung durch den im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand, der dem temperaturabhängigen Widerstand parallelgeschaltet ist, anspricht und dem Unterbruch des das Heizelement speisenden Kreises dient, sobald die Temperatur in der Rohrhülle einen im voraus bestimmten Wert übersteigt.
Um eine Möglichkeit zur Einstellung der Vorrichtung auf eine besondere Temperatur in der Umhüllung zu geben, bei welcher der Kreis des Heizelementes unterbrochen werden soll, kann vorzugsweise ein zweiter, im wesentlichen temperaturunabhängiger Widerstand ausserhalb der Umhüllung an einer gut zugänglichen Stelle angeordnet sein. Wenn dieser weitere Widerstand veränderlich gemacht wird, derart, dass der durch den Widerstand fliessende Strom geändert werden kann, können gleichzeitig die Arbeitsbedingungen der Kontaktvorrichtung geändert werden, welche auf den Strom anspricht.
Weitere konstruktive Einzelheiten sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
Die Erfindung wird an Hand einer in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführung erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Schaltkreis eines elektrischen Heizelementes mit der erfindungsgemäss vorgesehenen Schutzvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt eines Heizelementes mit dem temperaturabhängigen Widerstand, Pig. 3 und 4 je einen seitlichen Schnitt und einen Grundriss einer Kontaktvorrichtung, welche zur Verwendung im Schaltkreis nach der Fig. l geeignet ist.
Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 ist ein Heizelement-l-in einer rohrförmigen Umhüllung eingeschlossen, welche gleichzeitig einen temperaturabhängigen Widerstand-3-enthält, welcher mit dem Element--l--in Serie geschaltet ist. Das freie Ende des Elementes--l--ist an die Klemme-N-einer geeigneten Stromquelle angeschlossen. Das freie Ende des temperaturabhängigen Widerstandes --3-- ist über einen normalerweise geschlossenen Kontakt --4-- an die Klemme-A-der Stromquelle angeschlossen.
Parallel zum temperaturabhängigen Widerstand--3--ist ein veränderlicher, im wesentlichen temperaturunempfindlicher Widerstand--5--zusammen mit einem Widerstandsdraht-6geschaltet, welcher sich durch den durch ihn fliessenden Strom dehnt und den Kontakt --4-- in einer Weise betätigt, die im folgenden erläutert wird.
EMI2.1
--6-- und den Widerstand-5-, welcher sich vorzugsweise ausserhalb der Umhüllung --2-- an einer leicht zugänglichen Stelle befindet.
Der durch den Draht-6-und den Widerstand-5fliessende Strom ist von der Einstellung des beweglichen Kontaktes --7-- wie auch vom Widerstandswert des wärmeabhängigen Widerstandes-3-abhängig. Wenn der temperaturabhängige Widerstand --3-- erhitzt wird, so vergrössert sich sein Widerstandswert, und es vergrössert sich der Strom, welcher durch den Draht-6-und den Widerstand --5-- fliesst. Bei einem im voraus bestimmten Stromwert betätigt der Draht --6-- den Kontakt --4-- in einer im folgenden
EMI2.2
--1--.Umhüllung entsteht. Das Heizelement-l-ist daher unter allen Umständen gegen eine überhitzung geschützt, welche eine Beschädigung des Heizelementes zur Folge hätte.
Nach dem Abschalten der Stromquelle kühlen sich das Heizelement zusammen mit dem temperaturabhängigen Widerstand ab. Entsprechend dem Typ und der Einstellung der Kontaktvorrichtung wird entweder der Kontakt von neuem geschlossen, so dass ein neuer Heizzyklus beginnen kann, oder es wird der Stromkreis so lange unterbrochen gehalten, bis die Kontaktvorrichtung wieder von Hand eingeschaltet wird.
Der temperaturabhängige Widerstand--3--kann z. B. aus Nickel bestehen und einen Widerstand von 0, 2 Ohm bei Raumtemperatur haben. Der äussere Widerstand --5-- hat in diesem Falle einen Wert von ungefähr 5 Ohm und kann zusätzlich noch durch den beweglichen Kontakt - verändert werden. Dieser Widerstand ist jedoch auf Änderungen der Temperatur unempfindlich.
<Desc/Clms Page number 3>
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung des Heizlementes --1-- und des temperaturabhängigen Widerstandes --3-- in der Umhüllung --1--. Die Umhüllung ist mit einem geeigneten isolierenden Material --8-- gefüllt, z.b. mit Magnesium-oder Zirkonoxyd. Der temperaturabhängige Widerstand - ist um die Leitung --9-- herum ausgebildet, welche von der Verbindungsstelle des Elementes --1-- und des Widerstandes --3-- aus der Umhüllung-l-nach aussen führt. Der elektrische Anschluss des freien Endes des Widerstandes --3-- kann die Form eines metallischen Ringes oder Rohres --10-- haben, das teilweise im isolierenden Material eingebettet ist.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Kontaktvorrichtung dargestellt, welche zur Betätigung des Kontaktes
EMI3.1
durch16-trägt.
Die Feder-13--trägt eine Kontaktfeder-17--, welche mit dem Anschluss --14-- sowie mit einem Winkel --18-- verbunden ist, dessen kurzer Arm mit einem Ende des Widerstandsdrahtes - 6-- verbunden ist. Das andere Ende des Drahtes ist an einer verstellbaren Schraube--19-- befestigt. Die Schraube --19-- ist elektrisch mit der Basis-11-und der Klemme-16verbunden und führt durch einen isolierenden Block --20-- am andern Ende der Basis Durch eine Drehung der Mutter --21-- an der Schraube --19-- kann die Spannung des Drahtes - und somit auch die auf den Winkel --18-- und die Feder --13-- wirkende Kraft verändert werden.
Das Material der Basis ist so gewählt, dass sein Koeffizient der Wärmedehnung im wesentlichen gleich ist wie der des Drahtes-6--.
Die Kontaktfeder-17-trägt an ihrem freien Ende einen Kontakt-22-, welcher mit einem festen Kontakt --22a-- zusammenwirkt, welcher am Block --20-- befestigt und durch eine Leitung --28-- mit dem Anschluss --15-- verbunden ist.
Die Kontaktfeder --17-- ist in ihrer Längsrichtung geschlitzt und bildet zwei Arme-23 und 24--, zwischen denen sich eine Zunge --25-- befindet, welche an ihrem freien Ende einen U-förmigen Ansschnitt --26-- aufweist. Der längere Arm des Winkels --18-- ist leicht nach oben gebogen und hat einen V-förmigen Einschnitt-27-, welcher der Aufnahme der Ausnehmung --26-- der Zunge --25-- dient, Die Länge der Zunge --25-- ist so gewählt, dass diese aus der Ebene der Kontaktfeder --17-- gebogen ist, wenn ihr Ende in den Einschnitt --27-- eingreift.
Der Draht --6-- ist normalerweise so gespannt, dass der Einschnitt --27-- und die Zunge --26-- sich ein wenig über der Ebene der Kontaktfeder--17--befinden. Auf diese Weise werden durch die Kraft der Zunge --25-- die Arme --23 und 24-und der Kontakt --22-- nach unten gegen den festen Kontakt-23-gedrückt.
Wenn der Draht --6-- erwärmt wird und sich dadurch verlängert, kann der Winkel-18-
EMI3.2
--27-- unter- -25-- in eine Stellung gebogen, die ihrer ursprünglichen Stellung entgegengesetzt ist und drückt dadurch die Arme-23 und 24-nach oben, wodurch schlagartig die Kontakte-22 und 23--
EMI3.3
kann. Je nach der ursprünglichen Spannung des Widerstandsdrahtes--6--und der Einstellung des Anschlages --29-- schliesst entweder die Kontaktfeder selbsttätig die Kontakte von neuem, wenn der Draht abgekühlt wird oder es muss die Kontaktfeder von Hand zurückgestellt werden.
Bei dieser letzteren Ausführung bleibt der Stromkreis so lange unterbrochen, bis ein eventueller Fehler beseitigt wird, welcher in der Maschine, in welcher sich die Heizvorrichtung befindet, vorhanden sein kann.
Durch eine geeignete Einstellung des veränderlichen Widerstandes kann die erfindungsgemässe Vorrichtung bei Heizelementen in beliebigen Geräten für den Haushalt oder für den industriellen Gebrauch verwendet werden. So kann z. B. eine ganze Gruppe von Heizelementen in einer Leitung einer Klimaanlage gegen Beschädigung dadurch geschützt werden, dass der Temperaturanstieg in einem der Elemente überwacht wird und dass der Stromkreis aller Elemente abgeschaltet wird, sobald die Temperatur in dem einen Element den eingestellten Wert übersteigt.
Die erfindungsgemässe Anordnung kann auch als ein durch Temperatur beeinflusstes Relais verwendet werden, durch welches andere elektrische Stromkreise eingeschaltet werden, wenn bestimmte Temperaturverhältnisse entstehen. Da die Funktion der Vorrichtung von der inneren Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes in der Umhüllung abhängig ist, von der Wärmeleitfähigkeit des
<Desc/Clms Page number 4>
umgebenden Mediums beeinflusst wird und durch einen äusseren Widerstand einstellbar ist, ist es möglich, Schaltzyklen vorzusehen, welche bei bestimmten Temperaturen des zu erhitzenden Mediums eingeschaltet werden, indem der Widerstand auf verschiedene Werte eingestellt wird. So kann z.
B. bei halbautomatischen Waschmaschinen für den Haushalt, wo ein Thermostat einen Waschzyklus bei einer vorherbestimmten Wassertemperatur einschaltet, die Vorrichtung dazu verwendet werden, dass sie bei einer bestimmten Temperatur des Wassers den Antriebsmotor der Waschmaschine für den Waschzyklus einschaltet.
Der verstellbare Kontakt des veränderlichen Widerstandes --5-- kann auch z. B. zur Rückstellung der Kontaktfeder durch einen Nocken verwendet werden, derart, dass, wenn der bewegliche Kontakt auf Null gestellt wird, der Nocken die Kontakte schliesst. Die Kontakte bleiben darauf geschlossen, während der bewegliche Kontakt auf den gewünschten Temperaturwert eingestellt wird, bei welchem das Ausschalten erfolgen soll.
Es versteht sich, dass die beschriebene Kontaktvorrichtung nur eine mögliche Form eines im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbaren Schalters ist, welcher auf die Grösse des Stromes im veränderlichen Widerstand anspricht. Es können im Rahmen der Erfindung auch andere auf die Grösse des Stromes empfindliche Schalter verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Temperaturregler für elektrische Wärmegeräte mit einem Heizelement und einem damit elektrisch verbundenen temperaturabhängigen Widerstand als Fühler, zu dem ein im wesentlichen
EMI4.1
Heizelement (1) zusammen mit dem temperaturabhängigen Widerstand (3) innerhalb einer Rohrhülle (2) in Reihe geschaltet, angeordnet ist, und dass eine Kontaktvorrichtung (4, 6) auf die Stromänderung durch den im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand (5) anspricht und dem Unterbruch des das Heizelement (1) speisenden Kreises dient, sobald die Temperatur in der Rohrhülle (2) einen im voraus bestimmten Wert übersteigt.
EMI4.2