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Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Durch die EP 0993 015 A wurde eine Schalteinrichtung für eine elektrische Heizeinrichtung be- kannt, bei der ein stabförmiger Temperaturfühler vorgesehen ist, der einen einzelnen Keramikstab in einem Ausdehnungsrohr und einen Schnappschalter umfasst, wobei ein Betätigungsorgan für den Schnappschalter vorgesehen ist, das durch eine Blattfeder gegen den Keramikstab vorge- spannt ist. Bei einer entsprechend weitgehenden Verlängerung des Ausdehnungsrohres aufgrund seiner Erwärmung kommt das Betätigungsorgan in Kontakt mit dem Schnappschalter und bewirkt ein Umschnappen, der einen beweglichen Kontakt tragenden Kontaktfeder des Schnappschalters, der gegen eine Ruhestellung vorgespannt ist.
Bei dieser Lösung ergibt sich der Nachteil, dass sich der Schaltpunkt aufgrund der unvermeid- lichen Erwärmung auch der übrigen Teile der Einrichtung, wie des Gehäuses des Schalters in erheblichem Masse ändert.
Weiters wurde durch die EP 552 860 A eine Einrichtung zur Steuerung oder Begrenzung der Temperatur einer elektrischen Kochstelle mit zwei konzentrischen Heizzonen bekannt, bei der ein Temperatursensor vorgesehen ist, der in einem in axialer Richtung zweigeteilten Rohr gehalten und an seinem freien Ende mit diesem verbunden ist. Dabei ist die zentral gelegene Heizzone von jenem Teil des Rohres überdeckt, das einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Stab aufweist und ein Teil der äusseren Heizzone ist von einem wärmeisolierenden Rohr überdeckt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen jenem des ersten Teiles des Rohres und jenem des Stabes liegt. Dabei steuert der mittels einer Feder vorgespannte Stab über ein Betätigungs- element eine Kontaktfeder eines Sprungschalters.
Mit einer solchen Einrichtung kann zwar der Schaltpunkt, der sich bei Verwendung eines über zwei Heizzonen durchgehenden Rohres bei wahlweisem Betrieb der äusseren Zone erheblich verschieben würde, in gewissen Grenzen stabilisiert werden, doch ist es nicht möglich den Einfluss der Erwärmung des Gehäuses des Schalters zu kompensieren.
Ein Temperaturfühler der eingangs erwähnten Art wird z. B. in der EP 0 141 923 B beschrieben.
Dabei ist bei dieser bekannten Lösung in dem Topf des Strahlungsheizkörpers eine von dem Boden des Topfes aufragende umlaufende Rippe vorgesehen, die zwei getrennt steuerbare Heiz- wendeln trennt. Dabei erstreckt sich das Rohr des Temperaturfühlers über beide Heizwendeln hinweg, wobei jedoch in diesem ein dreiteiliger Stab gehalten ist, dessen mittlerer Teil sich lediglich über den Bereich der zentral liegenden Heizwendel erstreckt. Die beiden aussen liegenden Teile des Stabes, die mit ihren Stirnseiten an den mittleren Teil des Stabes anliegen, weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der zumindest jenem des sie umgebenden Rohres ent- spricht, das einstückig ausgebildet ist, wogegen der mittlere Teil des Stabes kleiner ist als jener des umgebenden Rohres.
Bei einer umgekehrten Auslegung, bei der der Ausdehnungskoeffizient des mittleren Teiles des Stabes grösser als jener des ihn umgebenden Rohres ist, weisen die aussen liegenden Teile des Stabes einen Ausdehnungskoeffizienten auf, der höchstens so gross wie jener des umgebenden Rohres ist, vorzugsweise jedoch kleiner.
Durch diese Massnahme kommt es dazu, dass sich die aussen liegenden Teile des Stabes, die sich in den Bereichen der äusseren Heizwendel befinden, gleich oder mehr ausdehnen als das sie umgebende Rohr, wodurch eine Überkompensation des Einflusses der zuschaltbaren Heizwendel erreicht wird und der Temperaturfühler im wesentlichen die Temperatur im zentralen Bereich des Topfes und somit die Temperatur im Bereich der inneren Heizwendel erfasst.
Weiters ist in der EP 0 141 923 B auch eine Lösung beschrieben, bei der das Rohr ebenfalls dreiteilig ausgebildet ist, wobei sich die Teile des Rohres im wesentlichen mit jenen des Stabes decken. Dabei weist der mittlere Abschnitt des Rohres einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffi- zienten auf als die äusseren Abschnitte des Rohres und die äusseren Teile des Stabes weisen einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, als der mittlere Abschnitt des Stabes. Dabei sind die äusseren Abschnitte, bzw. Teile des Rohres und des Stabes im Bereich der äusseren Heizwen- del angeordnet. Auch in diesem Fall kommt es zur Kompensation des Einflusses der zuschaltbaren äusseren Heizwendel.
Bei diesen Lösungen kommt es trotz der Kompensation des Einflusses der äusseren Heizwen- del zu einer Verschiebung des Schaltpunktes des Temperaturfühlers. Bedingt ist dies durch den Umstand, dass unvermeidlicherweise Wärme aus dem Topf des Strahlungsheizkörpers in den
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diesen aufnehmenden Heizraum auf Grund von Wärmedurchgang und Wärmestrahlung übertritt, wodurch sich auch das Gehäuse des Schalters entsprechend seinem Wärmeausdehnungskoeffi- zienten ausdehnt und dadurch den Schaltpunkt beeinflusst.
Bei üblichen Temperaturfühlern für Strahlungsheizkörper mit einem durchgehenden Stab, der in einem mit dem Gehäuse eines Schalters verbundenen Rohr gehalten ist und sich in das Gehäu- se des Schalters hineinerstreckt, kommt es zu einem sehr merklichen Absinken der Ansprechtem- peratur, wenn sich das Gehäuse des Schalters erwärmt, das meist aus Steatit hergestellt ist und ausserhalb des Topfes des Strahlungsheizkörpers angeordnet ist. Dies macht es erforderlich, die Ansprechtemperatur des Fühlers entsprechend hoch anzusetzen, was dazu führt, dass die tatsäch- liche Ansprechtemperatur bei kaltem Gehäuse des Schalters relativ stark überhöht ist.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Temperaturfühler der ein- gangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein stärkeres Überschiessen der gewünschten An- sprechtemperatur bei kaltem Schaltergehäuse vermieden ist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Temperaturfühler der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder 2 erreicht.
Durch diese Massnahmen gelingt es, die Ausdehnung des Gehäuses des Schalters zu berück- sichtigen und die Verschiebung des Schaltpunktes des Schalters eben aufgrund der Wärmedeh- nung seines Gehäuses weitgehend oder zur Gänze zu vermeiden.
Ein weiteres Problem liegt darin, dass die in einem eine Heizwendel aufnehmenden Topf er- zeugte Wärme durch die Wand des Topfes hindurch in den diesen Topf aufnehmenden Heizraum eines Kochherdes tritt, wodurch sich dieser erwärmt. Insbesondere bei der Anordnung von mehre- ren Strahlungsheizkörpern in einem Heizraum eines Kochherdes ergeben sich bei einem Vollastbetrieb des Herdes, bei dem alle Strahlungsheizkörper des Herdes in Betrieb sind, relativ hohe Temperaturen im Heizraum. Aus Sicherheitsgründen darf aber die Heizraumtemperatur, bzw. die mit dieser in einem Abhängigkeitsverhältnis stehende Wandanstelltemperatur eines Kochherdes einen bestimmten Wert nicht überschreiten.
Durch die Merkmale des Anspruches 1 wird nun erreicht, dass bei einem Kochherd mit mehre- ren Kochstellen und damit Strahlungsheizkörpern beim aufeinanderfolgenden Zuschalten der einzelnen Kochstellen das Schalten der einzelnen Temperaturfühler abstimmbar ist. Dies erfolgt durch die Wahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten des in das Gehäuse des Schalters hineinra- genden Teiles des Stabes und des Gehäuses des Schalters. Aufgrund der vorgeschlagenen Aus- wahlkriterien für die Wärmeausdehnungskoeffizienten kommt es zu einer nur teilweisen Kompen- sation des Effektes der Wärmedehnung des Gehäuses des Schalters und damit bei höheren Heizraumtemperaturen zu einem Schalten bei niedrigeren Temperaturen, wodurch ein zu weitge- hender Anstieg der Heizraumtemperatur und damit der Wandanstelltemperatur vermieden wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass der Einfluss der Wärme- dehnung des Gehäuses des Schalters praktisch vollständig kompensiert werden kann. Dadurch ist eine Steuerung der Strahlungsheizkörper im wesentlichen unabhängig von der Temperatur im Heizraum, in dem der bzw. die Strahlungsheizkörper angeordnet ist bzw. sind.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich dabei eine in konstruktiver Hinsicht sehr ein- fache Lösung.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass durch die Wahl eines ent- sprechenden Wärmeabsorptionskoeffizienten die Ansprechzeit des Temperaturfühlers des Schal- ters beeinflusst werden kann, wodurch auch der Schaltzeitpunkt des zugeordneten Schalters beeinflusst werden kann. Dadurch ist es möglich die Ankochperformance des entsprechenden Strahlungsheizkörpers zu optimieren.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 und 6 kann auf einfache Weise der Wärmeabsorptions- koeffizient der beiden Teile des Stabes eingestellt werden.
Im Hinblick auf eine Optimierung der Ankochperformance eines erfindungsgemässen Strah- lungsheizkörpers ist es besonders vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 7 vorzusehen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen Aus- führungsformen dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Heizraum eines Kochherdes mit einem Strahlungsheizkörper in einem Vertikalschnitt,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Strahlungsheizkörper nach der Fig. 1 und
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Fig. 3 schematisch einen erfindungsgemässen Temperaturfühler in grösserem Massstab.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Strahlungsheizkörper bezeichnet, der einen Topf 2 umfasst, in dem sich eine spiralig gelegte Heizwendel 3 befindet, die in eine Einbettmasse 4 eingebettet ist.
Der Strahlungsheizkörper 1 ist unterhalb einer Platte 5 aus Metall, Glaskeramik, od. dgl. angeord- net, die die Kochfläche 6 an ihrer Oberseite aufweist. Zwischen der Kochfläche 6 und der Heiz- wendel 3 ist ein Temperaturfühler 7 angeordnet, der mit einem Schaltknopf 18 in Verbindung steht, welch letzterer nicht dargestellt ist. Dabei ist der Temperaturfühler in einfacher Weise durch Boh- rungen in der im wesentlichen zylindrischen Wand des Strahlungsheizkörpers 1 bzw. seines Top- fes 2 hindurchgeführt.
Der Temperaturfühler 7 ist somit der Temperatur ausgesetzt, die unterhalb der Kochfläche 6 in dem Strahlungsraum zwischen der Kochfläche 6 bzw. der diese tragenden Platte 5 und der Heiz- wendel 3 herrscht und kann damit diese Temperatur erfassen.
Der konstruktive Aufbau des Temperaturfühlers 7 geht aus der Fig. 3 hervor.
Im wesentlichen umfasst der Temperaturfühler 7 ein Aussenrohr 8 aus einem Material mit einem relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie z. B. aus einem Metall, insbesondere Stahl, einen in dessen Innerem gehaltenen zweiteiligen Stab 9, dessen beide Teile mit L1 und L2 bezeichnet sind, sowie einen in einem Gehäuse 10 gehaltenen Schalter 18, an dessen bewegli- chem Schaltkontakt 11, der gegen seine offene Stellung vorgespannt ist, der Stab 9 mit seinem Teil L2 anliegt, der sich in das Gehäuse 10 des Schalters 8 hineinerstreckt. Die festen Kontakte des Schalters 18 sind mit 12 bezeichnet und mit Ausleitungen 13 verbunden.
Das eine Ende des Rohres 8, das einen beliebigen Querschnitt aufweisen kann, ist abge- schlossen, wobei dies auch durch eine gegebenenfalls einstellbare Halterung (nicht dargestellt) für den Stab 9 bzw. dessen Teil L1 erfolgen kann. Dabei erstreckt sich im eingebauten Zustand des Temperaturfühlers 7 der Teil L1 des Stabes 9 über den Bereich des Strahlungsheizkörpers 1, über den sich die Heizwendel 3 erstreckt.
Der zweite Teil L2 des Stabes 9 liegt im Bereich der Wand des Topfes 2, der aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt ist, liegt im Bereich dieser Wand stirnseitig an dem Teil L1 des Stabes an und erstreckt sich in das Gehäuse 10 des Schalters 18, der sich ausserhalb des Strahlungsheizkörpers 1 befindet, aber im Heizraum eines Kochherdes, der nicht näher dargestellt ist, angeordnet ist, wodurch das Gehäuse 10 der im Heiz- raum des Kochherdes herrschenden Temperatur ausgesetzt ist.
Das Rohr 8 des Temperaturfühlers 7 ist mit dem Gehäuse 10 des Schalters 18 fest verbunden.
Bei eingeschalteter Heizwendel 3 ist der Temperaturfühler 7 der Wärmestrahlung der Heiz- wendel, bzw. der im Strahlungsheizkörper 1 zwischen der Heizwendel 3 und der Platte 5 herr- schenden Temperatur ausgesetzt. Dadurch dehnt sich das Rohr 8, das einen erheblich grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Teil L1 des Stabes 9 stärker aus, als der Stabteil L1, wodurch der Druck auf den beweglichen Kontakt 11sinkt. Bei Erreichen einer entsprechenden Temperatur gelingt es dem Kontakt 11aufgrund seiner Vorspannung in seine Offenstellung über- zugehen und den Stromkreis zur Heizwendel 3 zu unterbrechen.
Da Wärme aus dem Raum des Strahlungsheizkörpers 1 durch die Wand seines Topfes 2 hin- durchgeht, erwärmt sich auch der Heizraum und damit das Gehäuse 10, das sich ebenfalls ent- sprechend seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten ausdehnt, was eine entsprechende Verschie- bung der festen Kontakte 12 des Schalters relativ zum Ende des Rohres 8 verursacht und damit eine Verschiebung des Schaltpunktes des Schalters 18.
Um dies zu vermeiden, bzw. diesen Effekt auf ein gut verträgliches Mass zu begrenzen, weist der sich in das Gehäuse 10 des Schalters 18 hineinerstreckende Teil L2 des Stabes 9 einen Wär- meausdehnungskoeffizienten auf, der in Verbindung mit seiner axialen Erstreckung ein Produkt ergibt, das in Abhängigkeit vom Produkt aus Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuses 10 und dessen Erstreckung in Richtung des Stabes 9 von seinem der Wand des Topfes 2 zugekehrten Ende bis zu den Halterungen der festen Kontakte 12 gewählt ist.
Sind diese Produkte gleich gewählt, so ergibt sich eine im wesentlichen vollständige Kompen- sation der Wärmedehnung des Gehäuses 10 und damit eine im wesentlichen vollständige Kom- pensation des Einflusses der Erwärmung des Gehäuses 10 auf Grund der durch die Wand des Topfes 2 hindurch diffundierenden Wärme.
Sind dagegen diese Produkte so gewählt, das das Produkt aus Wärmeausdehnungskoeffizien- ten des sich in das Gehäuse 10 hinein erstreckenden Teiles L2 des Stabes 9 kleiner als das
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Produkt aus Wärmeausdehnungskoeffizient und Erstreckung des Gehäuses zwischen dessen dem Topf 2 des Strahlungsheizkörpers 1 zugekehrten Endes und den Halterungen seiner festen Kon- takte 12 in axialer Richtung des Stabes 9 ist, so kommt es bei steigender Erwärmung des Gehäu- ses zu einer Verschiebung des Schaltpunktes des Schalters 18 in Richtung zu tieferen Temperatu- ren hin unter der Voraussetzung, dass der bewegliche Kontakt 11 des Schalters 18 in Richtung zum Rohr 8 hin öffnet.
Grundsätzlich ist auch eine andere Konfiguration des beweglichen Kontaktes 11 möglich. So kann dieser auch in Richtung seiner geschlossenen Stellung vorgespannt sein. In diesem Falle weist der Stabteil L1 einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Rohr 8 auf und die oben erwähnten Produkte müssen in einem solchen Fall umgekehrt gewählt werden, um im Sinne einer kinematischen Umkehr den gleichen Effekt zu erzielen.
Eine im obigen Sinne unvollkommene Kompensation des Einflusses der Erwärmung des Ge- häuses 10 kann erwünscht sein, um sicherzustellen, dass bei steigender Temperatur des Gehäu- ses, was auch eine steigende Temperatur im Heizraum des Kochherdes voraussetzt, was wieder eine steigende Wandanstelltemperatur des Herdes zur Fuige hat, die den Sirahiungsheizkorpern und damit auch dem Heizraum, zugeführte Energie reduziert wird auf Grund des Ausschaltens durch den Schalter 18 bei niedrigeren'Temperaturen im Strahlungsheizkörper 1.
Weiters weisen die beiden Teile L1, L2 des Stabes 9 unterschiedliche Wärmeabsorptionskoef- fizienten auf, wobei der Teil L2 des Stabes 9 vorzugsweise einen niedrigeren Wärmeabsorptions- koeffizienten aufweist. Der geringere Wärmeabsorptionskoeffizient bewirkt eine geringere Wärme- aufnahme bzw. Durchwärmung des Stabes 9, weshalb der Temperatur-Gleichgewichtszustand mit dem Gehäuse später erreicht wird.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Schalttemperatur beim Einschalten der Heizung, d.h. bei kaltem Gehäuse des Strahlungsheizkörpers, höher ist, als die Schalttemperatur im Temperatur- Gleichgewichtszustand. Es kommt daher beim Einschalten bei kaltem Gehäuse zu einem Über- schwingverhalten des Temperaturfühlers. Dadurch kann die Ankochperformance optimiert werden, was bedeutet, dass beim Einschalten der Heizung im kalten Zustand eine höhere Glastemperatur zur Verfügung steht, wodurch eine Verkürzung der Zeit bis zum Erreichen der Kochtemperatur erreicht wird.
Eingestellt können die Wärmeabsorptionskoeffizienten durch unterschiedliche Farbgebung, un- terschiedliche Oberflächengestaltung, wie z. B. durch Anbringung von Profilierungen oder unter- schiedliche Oberflächenrauhigkeit u.dgl. werden, oder aber auch durch unterschiedliche Metall- beimengungen, wie z.B. Al2O3.
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