CH443458A - Vorrichtung zum Schutze gegen Überlastung eines elektrischen Heizelementes - Google Patents

Description

      Vorrichtung    zum Schutze gegen Überlastung eines elektrischen Heizelementes    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutze  gegen     überlastung    eines .elektrischen Heizelementes,  das in einer rohrförmigen     Umhüllung    angeordnet ist.

    Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet  durch einen zusammen mit dem Heizelement in der       rohrförmigen        Umhüllung    angeordneten, temperaturab  hängigen     Widerstand,    welcher mit dem Heizelement in  Serie geschaltet ist, einen weiteren Widerstand, welcher  im     wesentlichen    durch Temperaturänderungen nicht be  einflusst wird, welcher parallel zum temperaturabhängi  gen Widerstand .geschaltet ist und durch eine Kontakt  vorrichtung, die an den zweiten Widerstand angeschlos  sen ist und auf Änderungen des durch den zweiten  Widerstand     fliessenden    Stromes empfindlich ist, und  welche dem Unterbruch des das     Heizelement    speisenden  Kreises dient,

       sobald,die    Temperatur in der Umhüllung  einen im voraus bestimmten Wert übersteigt.  



  In Waschmaschinen oder anderen elektrischen Ge  räten werden Heizelemente verwendet, .bei welchen ein  elektrischer Draht oder ,eine Spirale vollständig in einer       rohrförmigen    Umhüllung verschlossen sind, um jedem  direkten Kontakt zwischen dem Heizdraht und dem um  gebenden Medium,     wie    z. B. Wasser, zu vermeiden. Es  wurden zwar     thermostatische    Kontrollen in der Ver  gangenheit verwendet, um eine Beschädigung .der     Heiz-          elemente    durch Überlastung zu verhindern.

   Diese Vor  richtungen wirkten     auf,der    Grundlage eines vorgegebenen  Stromwertes und schützten daher die Elemente nicht ge  gen eine Beschädigung, welche durch eine Veränderung  der wärmeaufnehmenden Eigenschaften oder der  Wärmeleitfähigkeit     des    umgebenden Mediums verur  sacht wurden. So schützen z. B. die bekannten Anord  nungen 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 Umhül  lung des Heizelementes angeordnet wurde. Die Zeit  spanne, welche zur     Aufheizung    des Bimetalls erforder-         lich    ist, wenn dieses in Funktion treten soll, verhindert  jedoch nicht eine Beschädigung des Elementes in der  Zwischenzeit.    Diese letztere Anordnung kann ausserdem zu un  nötigen Ausschaltungen des     Heizkreises        führen,    wenn  z.

   B. das Heizelement zum Erwärmen vom harten Was  ser verwendet wird. Unter     ,diesen    Umständen kann sich  eine Kalkschicht rund um das Heizelement und den Bi  metall-Kontakt bilden, welcher normalerweise in einem  Kupfergehäuse angeordnet ist, welches auf der Um  hüllung 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 wenden, wenn  die Gesamttemperatur des Heizelementes noch nicht die  gefährliche Höhe erreicht hat. Auf diese Weise wird das  Heizelement unnötig abgeschaltet.  



  Die     Erfindung    hat die     Überwindung    der erwähnten  Schwierigkeiten zum Ziel. Die erfindungsgemässe Vor  richtung wirkt     vorteilhaft    in direkter Abhängigkeit von  der innerhalb der Umhüllung des Heizelementes ent  wickelten Wärme und ist damit unabhängig von der  Wärmeleitfähigkeit ,des die Umhüllung umgebenden Me  diums, solange die Temperatur in der Umhüllung inner  halb von Grenzen verbleibt, welche für eine sichere Ar  beit des     Heizelementes    zulässig ist.  



  Um eine     Möglichkeit    zur Einstellung der Vorrich  tung auf eine besondere Temperatur in der Umhüllung  zu geben, bei welcher der Kreis des Heizelementes unter  brochen werden soll, kann vorzugsweise ein zweiter, im  wesentlichen temperaturunabhängiger Widerstand     aus-          serhalb    der Umhüllung an einer gut     zugänglichen    Stelle  angeordnet sein. Wenn dieser weitere Widerstand ver  änderlich gemacht wird, derart, dass der durch den Wi  derstand     fliessende    Strom geändert werden kann, kön  nen gleichzeitig     die    Arbeitsbedingungen der Kontakt  vorrichtung geändert werden, welche auf den Strom an  spricht.  



  Die Erfindung wird .anhand eines in der Zeichnung      schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.  Es zeigen:       Fig.    1 den Schaltkreis eines elektrischen     Heizele-          mentes    mit der erfindungsgemäss     vorgesehenen    Schutz  vorrichtung,       Fig.2    einen Schnitt eines Heizelementes mit dem       temperaturabhängigen    Widerstand,       Fig.    3 und 4 je einen seitlichen     Schnitt    und einen  Grundriss einer Kontaktvorrichtung, welche zur Ver  wendung im Schaltkreis nach der     Fig.    1     geeignet    ist.  



  Entsprechend der Darstellung in der     Fig.    1 ist ein  Heizelement 1 in einer rohrförmigen Umhüllung einge  schlossen, welche gleichzeitig einen temperaturabhängi  gen Widerstand 3     enthält,    welcher mit dem Element 1  in Serie geschaltet ist. Das freie Ende des Elementes 1  ist an die Klemme N einer geeigneten Stromquelle ange  schlossen. Das freie Ende des temperaturabhängigen  Widerstandes 3 ist über einen normalerweise geschlos  senen Kontakt 4 an die Klemme Ader Stromquelle an  geschlossen.  



  Parallel zum     temperaturabhängigen    Widerstand 3  ist ein veränderlicher, im wesentlichen     temperaturun     empfindlicher Widerstand 5 zusammen mit einem Wi  derstandsdraht 6     geschaltet,    welcher sich durch den  durch ihn     fliessenden    Strom dehnt und den     Kontakt    4  in einer Weise     betätigt,    die im folgenden erläutert wird.  



  Wenn :die Stromquelle eingeschaltet wird, so     fliesst     der Strom ,durch das     Heizelement    1 und den tempera  turabhängigen Widerstand 3, so dass dieser die gleiche  Temperatur erreicht, wie :das     Heizelement    in der Um  hüllung 2. Zusätzlich fliesst noch Strom durch den Wi  derstandsdraht 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 5     fliessende    Strom ist von der Einstel  lung des beweglichen Kontaktes 7 wie auch vom Wider  standswert des wärmeabhängigen Widerstandes 3 ab  hängig.

   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 vor  aus bestimmten Stromwert betätigt der Draht 6 den  Kontakt 4 in einer im folgenden beschriebenen Weise  und unterbricht den Stromkreis des Heizelementes 1.  Der Unterbruch des Stromkreises durch den Kontakt 4  ist somit von der Temperatur abhängig, welche inner  halb der Umhüllung entsteht. Das     Heizelement    1 ist da  her unter allen Umständen gegen eine     überhitzung    ge  schützt, welche eine Beschädigung des Heizelementes  zur Folge hätte.  



  Nach dem Abschalten der Stromquelle kühlen sich  das     Heizelement    zusammen mit dem temperaturabhän  gigen Widerstand ab. Entsprechend dem Typ und der       Einstellung    der     Kontaktvorrichtung    wird entweder der  Kontakt von neuem geschlossen, sodass ein neuer Heiz  zyklus beginnen kann, oder es wird der Stromkreis so  lange unterbrochen gehalten, bis die Kontaktvorrich  tung 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  5     verändert    werden. Dieser Widerstand ist jedoch auf       Änderungen    der Temperatur unempfindlich.  



  Die     Fig.    2 zeigt die Anordnung :des Heizelementes 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  3 ist um die Leitung 9 herum ausgebildet, welche von  der Verbindungsstelle des Elementes 1 und des Wider  standes 3 aus der Umhüllung 1 nach aussen     führt.    Der  elektrische     Anschluss    .des freien Endes des     Widerstandes     3 kann die Form eines metallischen Ringes oder Roh  res 10 haben, :

  das teilweise im isolierenden Material       eingebettet    ist.  



  luden     Fig.    3 und 4 ist eine Kontaktvorrichtung dar  gestellt, welche zur Betätigung des Kontaktes 4 durch  den Widerstandsdraht 6 geeignet ist.  



  Die     Kontaktvorrichtung    enthält eine metallische Ba  sis 11, welche die Form eines in :der Hälfte getrennten  Rohres hat. Die Basis 11 ist an einem Ende mit einem  Block 12 aus isolierendem Material versehen, welcher  eine flache Feder 13 und Anschlüsse 14, 15 und 16       trägt.     



  Die Feder 13     trägt    eine Kontaktfeder 17, welche  mit dem Anschluss 14 sowie mit einem Winkel 18 ver  bunden ist, dessen kurzer Arm mit einem Ende des Wi  derstandsdrahtes 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 16 verbunden und führt :durch einen isolieren  den Block 20 am     anderen    Ende der Basis 11. Durch  eine     Drehung    der Mutter 21 an .der Schraube 19 kann  .die Spannung des Drahtes 6 und somit auch die auf den  Winkel 18 und die Feder 13 wirkende Kraft verändert  werden. Das Material der Basis 11 ist so gewählt,     dass     sein Koeffizient der Wärmeausdehnung 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 23  zusammenwirkt, welcher     am    Block 20 befestigt und  durch eine Leitung 28 mit dem     Anschluss    15 verbunden  ist.  



  Die Kontaktfeder 17 ist in ihrer     Längsrichtung    ge  schlitzt und bildet zwei Arme 23 und 24, zwischen de  nen sich eine Zunge 25     befindet,    welche an ihrem freien  Ende einen U-förmigen Ausschnitt 26 aufweist. Der  längere Arm :des Winkels 18 ist leicht nach oben gebo  gen 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 unter Odem     Einfluss    der  Feder 13 seinen längeren Arm in eine Stellung bewe  gen, in welcher sich der Einschnitt 27 unter der Ebene  der Kontaktfeder 17 befindet. Dadurch wird die Zunge  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 geöffnet werden. Die Bewegung der  Kontaktfeder 17 nach oben ist durch .einen verstellba  ren Anschlag 29     begrenzt,    welcher durch eine Schraube  mit einem abgeflachten Ende     gebildet    sein kann.

   Je nach  der     ursprünglichen    Spannung des Widerstandsdrahtes- 6      und der Einstellung des     Anschlages    29 schliesst entwe  der 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     Heiz-          vorrichtung        befindet,    vorhanden sein kann.  



  Durch eine ;geeignete Einstellung des veränderlichen  Widerstandes kann :die erfindungsgemässe Vorrichtung  bei     Heizelementen    in     beliebigen    Geräten für den Haus  halt oder für den     industriellen    Gebrauch verwendet wer  den. So kann z. B. ,eine ganze Gruppe von     Heizelemen-          ten    in einer     Leitung    einer     Klimaanlage    gegen Beschädi  gung dadurch geschützt werden, dass der Temperatur  anstieg in einem der Elemente überwacht wird und     dass     der Stromkreis aller Elemente abgeschaltet     wird,    sobald  die Temperatur in dem einen Element den eingestell  ten Wert übersteigt.

    



  Die Anordnung kann auch als ein durch Tempera  tur     beeinflusstes    Relais verwendet werden, durch wel  ches ,andere elektrische Stromkreise eingeschaltet werden,  wenn bestimmte Temperaturverhältnisse entstehen. Da  die Funktion der Vorrichtung     vors    der inneren Tempe  ratur :des temperaturabhängigen Widerstandes in der       Umhüllung    abhängig ist, von :der Wärmeleitfähigkeit des  umgebenden Mediums beeinflusst wird und durch einen  äusseren Widerstand einstellbar ist, ist es möglich,  Schaltzyklen vorzusehen, welche bei bestimmten Tempe  raturen des zu erhitzenden Mediums eingeschaltet wer  den, indem der     Widerstand    auf verschiedene Werte ein  gestellt wird. .So kann z.

   B. bei     halbautomatischen     Waschmaschinen für ;den Haushalt, wo ein Thermo  stat einen Waschzyklus bei einer vorbestimmten Wasser  temperatur     einschaltet,    die Vorrichtung dazu verwendet  werden, dass sie bei .einer bestimmten Temperatur des  Wassers     Aden    Antriebsmotor der     Waschmaschine    für den  Waschzyklus einschaltet.  



  Der verstellbare Kontakt ,des veränderlichen Wider  standes 5 kann auch z. B. zur     Rückstellung    der     Kon-          taktfeder    durch einen Nocken verwendet werden, der  art, dass, wenn .der bewegliche Kontakt auf Null ge  stellt wird, der Nocken die Kontakte schliesst. Die Kon  takte bleiben -darauf geschlossen, während der beweg  liche Kontakt auf ;den gewünschten Temperaturwert  eingestellt wird, bei welchem das Ausschalten     erfolgen     soll.  



  Es versteht sich, dass die beschriebene Kontaktvor  richtung nur eine mögliche Form eines verwendbaren  Schalters ist, welcher auf die Grösse des Stromes im ver  änderlichen Widerstand anspricht. Es können im Rah  men der Erfindung auch .andere auf die Grösse des  Stromes     empfindliche    :Schalter verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Schutze gegen überlastung eines elektrischen Heizelementes, das in einer rohrförmigen Umhüllung angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen zusammen mit dem Heizelement (1) in der rohrförmigen Umhüllung (2) angeordneten, temperaturabhängigen Widerstand (3), welcher mit dem Heizelement (1) in Serie geschaltet ist, einen weiteren Widerstand (5), wel cher im wesentlichen durch Temperaturänderungen nicht beeinflusst wird, welcher parallel zum temperatur abhängigen Widerstand (3)

   geschaltet ist und durch eine Kontaktvorrichtung (4, 6), die an den zweiten Wider stand (5) angeschlossen ist und auf Änderungen des durch den zweiten Widerstand (5) fliessenden Stromes empfindlich ist, und welche dem Unterbruch des das Heizelement speisenden Kreises dient, sobald die Tem peratur in der Umhüllung (2) einen im voraus bestimm ten Wert übersteigt. UNTERANSPRüCHE 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der zweite Widerstand (5) ausser- halb und in Abstand von der rohrförmigen Umhüllung (2) .des Heizelementes (1) angeordnet ist. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der zweite Widerstand (5) bezüglich seines Widerstandwertes veränderlich ist. 3.

   Vorrichtung nach Patentanspruch oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Kontaktvorrichtung (4, 6) einen bewegli chen Kontakt (22) und einen mit diesem zusammenwir kenden festen Kontakt (23) enthält, die beide im Strom kreis des Heizelementes (1) geschaltet sind, wobei der bewegliche Kontakt (22) an einem federnden Glied (18, 23, 24, 25) angeordnet ist, welches bestrebt ist, diesen Kontakt (22) in eine offene Stellung zu bewegen und ein Widerstandsdraht (6) zwischen dem federnden Glied (18, 23, 24, 25) und einer festen Basis (11) gespannt ist,

   welcher d en beweglichen Kontakt (22) in einer den Kreis schliessenden Stellung hält, wobei der Draht (6) elektrisch in Serie mit dem zweiten Widerstand (5) ge schaltet ist und durch den durch ihn fliessenden Strom gedehnt wird, wodurch eine Bewegung des beweglichen Kontaktes (22) aus der schliessenden in eine offene Stel lung ermöglicht wird, sobald der durch den Draht (6) fliessende Strom einen bestimmten Wert erreicht hat. 4.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der bewegliche Kontakt (22) auf einer flachen Feder (23, 24) angeordnet ist, in welcher eine Zunge (25) ,ausgebildet ist, durch welche der Kon takt in zwei stabilen Stellungen an entgegengesetzten Seiten der Ebene der Feder (23, 24) gehalten werden kann und eine schlagartige Umschaltbewegung des Kon taktes (22) aus einer Stellung in die andere erzielbar ist.