AT398013B

AT398013B - Überhitzungsschutzschalter für strahlungsheizer

Info

Publication number: AT398013B
Application number: AT0903084A
Authority: AT
Original assignee: Micropore International Ltd
Priority date: 1983-09-10
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1994-08-25
Also published as: US4665307A; DE8490143U1; WO1985001412A1; DE3490432C2; GB8324271D0; DE3490432T; GB2146431A; GB8422674D0; ATA903084A; GB8711773D0; GB2146431B

Description

AT 398 013 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überhitzungsschutzschalter für Strahlungsheizer mit einem wärmeempfindlichen Fühler zur Betätigung eines Kippschalters, wobei der wärmeempfindliche Fühler ais erstes Element einen Metallstab mit relativ hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und als zweites Element ein den Metallstab umgebendes hochtemperaturbeständiges Glasrohr mit relativ niedrigem Aus-5 dehnungskoeffizienten aufweist, wobei eines der Elemente mit dem Kippschalter verbunden ist.

Ein Strahlungsheizer, beispielsweise für Herde mit Glaskeramik-Deckplatte, strahlt die von einem elektrischen Heizelement oder einer Infrarotlampe entwickelte Wärmeenergie teilweise durch Konvektion oder durch Leitung und teilweise durch Strahlung zur und durch die Glaskeramik-Deckplatte. Diese Wärmeenergie wird von Kochgefäßen, die auf der Kochfläche über dem Strahlungsheizer angeordnet sind, io aufgenommen. Es ist üblich, daß derartige Strahlungsheizer einen Überhitzungsschutzschalter aufweisen, um die Oberfläche der Glaskeramikplatte gegen Temperaturen über 600* C zu schützen, weil diese Temperaturen Zerstörung oder Verfärbung der Kochfläche zur Folge hätten.

Es wurde gefunden, daß unter bestimmten Umständen der Überhitzungsschutzschalter bereits bei unerwünscht niedrigen Temperaturen aufgrund von einfallender bzw. reflektierter Strahlung anspricht. 75 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überhitzungsschutzschalter zu schaffen, der gegenüber Wärmestrahlung weniger empfindlich ist und der für Strahlungsheizer anstelle der bisher üblichen Überhitzungsschutzschalter verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs näher bezeichneten Überhitzungsschutzschalter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Metallstab und dem Glasrohr eine die Strahlung reflektierende 20 Sperrschicht aus einem reflektierenden Metall oder einem hochtemperaturbeständigen, reflektierenden Pulver angeordnet ist.

Eine andere Lösungsmöglichkeit für einen Überhitzungsschutzschalter für Strahlungsheizer mit einem wärmeempfindlichen Fühler zur Betätigung eines Kippschalters, wobei der wärmeemfindliche Fühler als erstes Element einen Metallstab mit relativ hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und als zweites 25 Element ein den Metallstab umgebendes Rohr aus einem hochtemperaturbeständigen Material mit relativ niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei eines der Elemente mit dem Kippschalter verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem die Strahlung reflektierenden Pulver hergestellt ist, das ein Metalloxid enthält.

Aus den GB-PSen Nr. 2 069 300 und 2 031 228 sind zwar bereits Überhitzungsschutzschalter bzw. 30 Temperaturbegrenzer bekannt, bei denen ein innerhalb einer Röhre gelegener Stab mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist und bei weichem zum Schutz des Begrenzers vor zufälliger Strahlung externe undurchlässige bzw. undurchsichtige Schirme vorgesehen sind und zwar ein Block aus Keramikfasern gemäß der erstgenannten und ein Stahlrohr gemäß der zweitgenannten GB-PS. Gemäß der GB-PS 2 069 300 verbleibt jedoch ein Teil des Begrenzers voll der Strahlung eines Heizel-35 ementes ausgesetzt und nur ein kleiner Teil ist abgedeckt. Der Begrenzer arbeitet hauptsächlich als Reaktion auf die Temperatur in jenem Bereich, wo keinerlei Abschirmung vorhanden ist. Somit behält diese Druckschrift die konventionelle Lehre bei, daß der Begrenzer voll der Strahlung in jenem Bereich auszusetzen ist, dessen Temperatur erfaßt werden soll; es wäre keine Hilfe, das Problem dadurch lösen zu wollen, daß der Begrenzer sowohl abgeschirmt als auch zum Erfassen der Temperatur im gleichen Bereich 40 vorgesehen wäre.

Die aus der GB-PS 2 031 228 bekannte Anordnung leidet unter dem Problem, daß ihr Ansprechen wesentlich von der Zeit beeinflußt wird, die vom äußeren Stahlrohr für das Aufheizen und Abkühlen benötigt wird. So gibt es insbesondere beim Ansprechen des Begrenzers, weil die Kochfiäche ihre maximale Temperatur erreicht hat, eine beachtliche Verzögerung, während die Wärme, die sich im äußeren Stahlrohr 45 angesammelt hat, verlorengeht. Gleichfalls muß sich dieses Rohr selbst aufheizen, bevor der Begrenzer auf die Temperatur der Kochfläche ansprechen kann.

Es sind somit in diesem Druckschriften keine geeigneten Lösungen für die bei Strahlungsheizern auftretenden Probleme geoffenbart.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Sperrschicht als Beschichtung auf dem so Metallstab angeordnet sein. Vorteilhaft besteht die die Strahlung reflektierende Sperrschicht aus Gold oder einem Metall der Vlll. Gruppe des periodischen Systems der Elemente. Vorteilhafterweise kann das Pulver ein Metalloxid enthalten aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zinnoxid oder einer Mischung derselben.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Pulver eine Körnung von etwa 1 bis 2 um aufweist. 55 Vorteilhafterweise sind die Teilchen des Pulvers im wesentlichen kugelförmig. Besonders geeignet ist ein Pulver, das etwa 80 bis 99 Gew.- Aluminiumoxid enthält.

Es ist weiters von Vorteil, wenn die Sperrschicht Siliciumdioxid als Bindemittel für das Pulver enthält. 2

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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen der Sperrschicht bei einem erfindungsgemäßen Überhitzungsschutzschalter, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das hochtemperaturbeständige Pulver zur Ausbildung der Schicht bei einer Temperatur von 1200‘C bis 1400”C für eine Zeit zwischen 10 Minuten und einer Stunde gebrannt wird. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Brenntemperatur im wesentlichen 1350°C beträgt.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren noch näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen bekannten Überhitzungsschutzschalter, der für Strahlungsheizer geeignet ist.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine strahlungs-reflektierende Sperre zwischen einem Metallstab und einem Glasrohr des Überhitzungsschutzschalters.

Fig. 3 zeigt eine Strahlen reflektierende Sperre um das Glasrohr eines Überhitzungsschutzschalters.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Strahlungsheizer mit einem Überhitzungsschutzschalter, wie er in Fig 1 wiedergegeben ist.

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf den Strahlungsheizer von Fig 4.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Strahlungsheizers.

Fig. 7 ist eine Aufsicht auf den in Fig. 6 wiedergegebenen Strahlungsheizer.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Heizers mit Infrarotlampen und

Fig. 9 ist ein Querschnitt auf eine andere Ausführungsform eines Heizers mit Infrarotlampen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Überhitzungsschutzschalter für Strahlungsheizer, der unter der Bezeichnung 16T durch die Firma Thermo-O-Disc Inc. angeboten und verkauft wird.

Der Überhitzungsschutzschalter weist einen Fühler und einen Kippschalter 1 auf, der von einem thermisch ansprechenden Stellglied 2 betätigt wird. Das thermisch ansprechende Stellglied 2 weist einen Metallstab 3 auf, der einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Der Stab ist in einem Glasrohr 4 mit einem relativ niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet. Wenn der Fühler erwärmt wird, bewegt sich das Stabende 5 und betätigt den Kippschalter 1 bei einer vorherbestimmten Temperatur und trennt die Kontakte 6 und 7 voneinander, so daß die Zufuhr elektrischer Energie zum nicht gezeigten Heizelement unterbrochen wird.

Es wurde gefunden, daß die Empfindlichkeit eines Überhitzungsschut2schalters gegenüber einfallender Strahlung erheblich reduziert ist, wenn der Metallstab mit einem reflektierenden Material beschichtet ist. Geeignete reflektierende Materialien sind Metalle, die bei den in Betracht kommenden Temperaturen von etwa 600 * bis 800 ° C schwer zu oxidieren sind. Dazu gehört Gold und geeignete Metalle der Gruppe VIII des periodischen Systems der Elemente, beispielsweise Platin und Iridium. Geeignet sind auch Pulver, die bei den in Betracht kommenden Temperaturen stabil sind, beispielsweise Metalloxide, wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titaniumdioxid und Zinnoxid.

Alternativ oder zusätzlich kann das Glasrohr 4 teilweise oder vollständig mit einem reflektierenden Material beschichtet sein. Da es jedoch relativ teuer ist, Glas mit Metallen oder Metallfolien zu überziehen, ist es bevorzugt, das Glas mit einem Pulver zu beschichten. Außerdem ist es möglich, das Rohr 4 nicht aus Glas, sondern aus einem Material herzustellen, daß die Strahlung reflektiert.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Fühler des Überhitzungsschutzschalters mit der die Strahlung reflektierenden Sperrschicht 30 zwischen dem Metailstab 3 und dem Giasrohr 4.

Fig. 3 ist ebenfalls ein Querschnitt wie in Figur 2 und zeigt eine Sperrschicht 31, die um das Glasrohr 4 angeordnet ist.

Falls es erwünscht ist, kann der Überhitzungsschutzschalter mit zwei Strahlung sperrenden Schichten 30 und 31 versehen werden. Zusätzlich können der Metallstab 3 und/oder das Glasrohr 4 mit Strahlung reflektierendem Material beschichtet sein. Die Strahlungssperrschicht kann hergestellt oder beschichtet sein mit einem Metall wie beispielsweise Gold oder einem geeigneten Element der Gruppe VIII. des periodischen Systems. Vorzugsweise wird die Schicht jedoch aus pulverförmigem Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Zinnoxid hergestellt oder mit einem solchen Pulver beschichtet. Die Teilchen sind vorzugsweise relativ rund und haben einen Durchmesser von etwa 1 bis 2 Mikron. Das ist eine Größe in der Größenordnung der Wellenlänge der Strahlung, die reflektiert werden soll.

Die Teilchen können auf ein Substrat aufgebracht sein, die Sperrschicht soll jedoch opak für die einfatlende Strahlung sein. Deshalb ist eine Beschichtung mit einer Dicke von mindestens 8 Teilchen bevorzugt.

Das Pulver selbst streut vorzugsweise einfallende Strahlung sehr wirksam. Beispielsweise ist ein relativ reines Aluminiumoxid, beispielsweise ein Material, das etwa 80 bis 99 Gew.% Aluminiumoxid enthält, geeignet. Kleine Anteile eines Bindemittels, beispielsweise Kieseisäure oder Siliciumdioxid, können den Teilchen zugesetzt oder in die Teilchen von Aluminiumoxid eingeschlossen sein. 3

Claims

AT 398 013 B Wenn die Teilchen des Pulvers mit-einander verbunden sein sollen, um beispielsweise ein handhabbares Rohr zu fertigen, muß diese Bindung herbeigeführt werden, ohne daß die diskrete Teilchenstruktur wesentlich beeinträchtigt wird. Dies kann beispielsweise durch Einbrennen erfolgen. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei den üblichen Einbrenntemperaturen eine wesentliche Agglomeration der Teilchen eintritt, so daß sich die Reflexionseigenschaften vermindern. Es wurde gefunden, daß in dem Falle, wenn die nicht eingebrannten Teilchen eine ausreichende Festigkeit aufweisen, sie ohne wesentliche Agglomeration aufgebracht werden können. Für Aluminiumoxid liegt die normale Einbrenntemperatur bei etwa 1450“ C. Doch es wurde gefunden, daß man eine zufriedenstellende Strahlungsreflexion von Rohren erreichen kann, mit Einbrenntemperaturen im Bereich von 1200 bis 1400“ C, vorzugsweise etwa 1350' C. Die Einbrennzeit kann schwanken zwischen etwa 10 Minuten und einer Stunde, wobei kürzere Zeiten bei höheren Temperaturen bevorzugt sind. Der in Figuren 4 und 5 wiedergegebene Strahlungsheizer ist unterhalb einer Glaskeramik-Deckplatte 9 angeordnet. Er weist eine Metallschale 10 auf, in der eine Trägerschicht 11 aus wärmeisolierendem Material angeordnet ist. Diese weist Nuten in einem bestimmten Muster auf. In den Nuten ist ein Heizelement 12 angeordnet. Dies kann ein Rohrheizkörper oder ein blanker Draht sein, der beispielsweise durch nicht gezeigte Klammern befestigt ist. Ein Außenrand 13 aus thermisch isolierendem Material umgibt das Heizelement 12. Ein Überhitzungsschutzschaiter 14 erstreckt sich über den Strahlungsheizer. Dieser Schutzschalter ist beschichtet, um den beschriebenen Wirkungen von einfallender Strahlung zu begegnen. Die Strahlungsheizer, die in Figuren 6 und 7 wiedergegeben sind, entsprechen den in Figuren 4 und 5 wiedergegebenen, wobei gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche Teile beziehen. Die in Figuren 6 und 7 wiedergegebenen Strahlungsheizer weisen jedoch eine Abschirmung 15 auf, die mindestens Teile des Überhitzungsschutzschalters gegenüber der Strahlung des Heizelementes direkt abschirmt. Die Abschirmung kann ausgebildet werden als ein Teil der Trägerschicht aus thermisch isolierendem Material oder kann auch aus anderem Material bestehen, beispielsweise aus keramischen Fasern. Der Überhitzungsschutzschalter erstreckt sich in einer Nut an der oberen Fläche der Abschirmung, um einen maximalen Schutz gegen direkte Strahlung zu erreichen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Überhitzungsschutzschalter nicht in Berührung mit der Unterseite der Glaskeramik-Deckplatte 9 steht und auch die Abschirmung 15 keinen derartigen Kontakt hat. Eine Berührung mit der Glaskeramik-Deckplatte 9 wird vermieden, weil ein solcher Kontakt zu unansehnlichen dunklen Flecken führt. Außerdem wird dadurch eine Abkopplung des Überhitzungsschutzschalters von der Temperatur der umgebenden Luft vermieden. Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Strahlungsheizers unterhalb einer Glaskeramik-Deckplatte 20. Der Strahlungsheizer weist eine Metallschale 21 auf, in der eine Trägerschicht 22 aus thermisch isolierendem Material angeordnet ist. Diese weist eine Vielzahl von flachen Vertiefungen auf. In jeder der Vertiefungen ist eine Infrarotlampe 23 angeordnet. Ein Außenwall 24 aus thermisch isolierendem Material umgibt die Lampen und einen Überhitzungsschutzschalter 25, der einen Überzug aufweist, um dem direkten Einfluß der einfallenden Strahlung zu begegnen. Die in den Figuren 6 und 7 wiedergegebene Ausführungsform kann auch eine Abschirmung aufweisen, um den Schutzschalter gegen die direkte Strahlung der Lampen 23 abzuschirmen. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Strahlungsheizers unterhalb einer Glaskeramik-Deckplatte 30. Der Strahlungsheizer weist eine reflektierende Halbschale 31 mit einer darin angeordneten Infrarotlampe 32 auf. Ein Überhitzungsschutzschalter 33 ist vorhanden, der beschichtet ist, um der Wirkung der einfallenden Strahlung des Heizers zu begegnen. Die reflektierende Schale 31 kann mit einer Schicht aus thermisch isolierendem Material auf der Rückseite versehen sein. Es wurde überraschend festgestellt, daß durch Verwendung von Überhitzungsschutzschaltern, die beschichtet sind, um der Wirkung einfallender Strahlung zu begegnen, die Zahl der Fehlabschaltungen von Strahlungsheizern wesentlich verringert werden kann. Derartige Strahlungsheizer können Heizelemente aus Draht oder Infrarotlampen enthalten. Patentansprüche 1. Überhitzungsschutzschalter für Strahlungsheizer mit einem wärmeempfindlichen Fühler zur Betätigung eines Kippschalters, wobei der wärmeempfindiiche Fühler als erstes Element einen Metallstab mit relativ hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und als zweites Element ein den Metallstab umgebendes hochtemperaturbeständiges Glasrohr mit relativ niedrigem Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei eines der Bemente mit dem Kippschalter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß, zwischen dem Metallstab (3) und dem Glasrohr (4) eine die Strahlung reflektierende Sperrschicht (30) aus einem reflektierenden Metall oder einem hochtemperaturbeständigen, reflektierenden Pulver angeordnet ist 4 AT 398 013 B
2. Überhitzungsschutzschalter für Strahlungsheizer mit einem wärmeempfindlichen Fühler zur Betätigung eines Kippschalters, wobei der wärmeempfindliche Fühler als erstes Element einen Metallstab mit relativ hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und als zweites Element ein den Metallstab umgebendes Rohr aus einem hochtemperaturbeständigen Material mit relativ niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei eines der Elemente mit dem Kippschalter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus einem die Strahlung reflektierenden Pulver hergestellt ist, das ein Metalloxid enthält.
3. Überhitzungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht als Beschichtung auf dem Metailstab angeordnet ist.
4. Überhitzungsschutzschalter nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlung reflektierende Sperrschicht aus Gold oder einem Metall der VIII. Gruppe des periodischen Systems der Elemente besteht.
5. Überhitzungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver ein Metalloxid enthält aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zinnoxid oder einer Mischung derselben.
6. Überhitzungsschutzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Körnung von etwa 1 bis 2 um aufweist.
7. Überhitzungsschutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Pulvers im wesentlichen kugelförmig sind.
8. Überhitzungsschutzschalter nach Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver etwa 80 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid enthält.
9. Überhitzungsschutzschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht Siliciumdioxid als Bindemittel für das Pulver enthält.
10. Verfahren zum Herstellen der Sperrschicht bei einem Überhitzungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1,2,3,5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hochtemperaturbeständige Pulver zur Ausbildung der Schicht (4, 30) bei einer Temperatur von 1200°C bis 1400’C für eine Zeit zwischen 10 Minuten und einer Stunde gebrannt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenntemperatur im wesentlichen 1350°C beträgt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5