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Heizelement für elektrisch beheizte Geräte, insbesondere Waschmaschinen
Es ist bekannt, elektrisch beheizte Geräte, insbesondere Waschmaschinen, miteinem
den Heizkörper umgebenden Schutzrdhr und mit einem Thermoschalter zum Begrenzen
der Höchsttemperatur zu ve-rsehen. Durch diesen Thermoschalter wird das Gerät gegen
Oberhitzung "gesichert, wie sie- vorkommen kann, wenn der Wasserinhalt verkocht
oder das Gerät versehentlich ohne vorherige Wasserfüllung in Betrieb genommen wird.
In diesem Falle sdhaltet der Thermoschalter den Heizstromkreis ab und verhindert
dadurch, daß der Heizkörper durchbrennt und das beheizte Gerät beschädigt wird.
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Auch die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges Heizelement.
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Es ist auch bereits bekannt, ein Heizelement mit einem über den Heizkörper
hinausragenden Schutzrohr zu versehen, in das ein Thermoschalter eingebaut ist,
der indessen nicht zum Begrenzen, sondern zum Regeln der Temperatur dient.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Heizkörper mit der Schaltvorrichtung
so zu vereinigen, daß diese auf zu hohe Temperaturen in empfindlicher Weise anspricht
und sich durch einfache Bauart und holie Betriebssicherheit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schutzrohr,
das in bekannter Weise über den Heizkörper hinausragt, mit dem über den Heizkörper
hinaustragenden Abschnitt ein an seiner Innenwandung anliegendes, den Thermoschalter
enthaltendes rohrförtniges Gehäuse in inniger, wärmeleitender Verbindung umgibt.
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Da das Schutzrohr des Heizkörpers in der Regel aus einem die Wärme
gut leitenden Metall, z. B. Aluminium oder Kupfer, besteht, leitet es die vom Heizkörper
erzeugte Wärm-e ohne wesentliches Wärmegefälle zu dem eingebauten Gehäuse der Schaltvorrichtung,
so daß dieses Gehäuse stets etwa dieselbe Temperatur hat, die das Schutzrohr des
Heizkörpers aufweist. Überschreitet diese Temperatur das Höchstmaß, dann spricht
die Schaltvorrichtung sofort an und trennt infolge der Wärmedehnung des Ausdelmungskörpers
den Heizstromkreis.
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Zweckmäßig ist das rohrförmige- Gehäuse, das die von dem Ausdehnungskörper
gebildeten Schaltkontakte enthält, in an sich bekannter Weise luftdicht und hoch
evakuiert oder mit einem indifferenten Gas gefüllt. Dadurch wird ein Oxydie#ren
der Kontakte verhindert und deren Lebensdauer erhöht. Auch gestattet es die Gasfüllung
oder die Evakuierung, den Abstand der Kontakte in geöffnetem Zustand geringer zu
bemessen, als es erforderlich wäre, wenn die Kontakte in atmospärischer Luft angeordnet
sind.
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'\?#l,eiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Unterbrechung
des Heizstromes, die bei Überschreit-en der Tempera;turgrenze eintritt, auch noch
aufrechtzuerhalten, wenn die Temperatur wieder unter diese Grenze sinkt, um die
Wiedereinschaltung der Heizung so lange zu verzögern, bis man Gelegenheit gehabt
hat, entweder die Ursache der Störung zu beseitigen, z. B. in der Waschmaschine
Wasser nachzufüllen, oder das Gerät vom Netz abzuschalten. Zur Lösung dieser Aufgabe
ist in dem Gehäuse ein die Schaltkontakte verbindender Heizwiderstand von so hohem
Widerstandsw-ert enthalten, daß er den Ausdehnungskörper nicht an der Abkühlung
bis zum Wiedereinschalten der Kontakte hindern, aber das Wiedereinschalten verzögern
kann. Unter dem Einfluß dieses Heizwiderstandes kühlt sich also. der Aus,-dehnurigskÖrper
wesentlich langsamer ab als das elektrisch beheizte Gerät im übrigen. Wenn dessen
Temperatur unter die Schaltgrenze gefallen ist, bleibt daher der Heizstrornkreis
noch eine Zeit lang getrennt. Er wird erst geschlossen, wenn eine geraume Zeit,
bis 10 Minuten, seit der Trennung des Heizstromkreises verflossen ist oder
das Gerät abgeschaltet oder mit Wasser gefüllt ist.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele wiedergegeben, und
zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Schutzrohr des elektrischen
Heizkörpers mit der eingebauten Schaltvorrichtung nach der Erfindung, wobei das
rohrförmige Gehäuse der Schaltvorrichtung mit dem Ausdehnungskörper in inniger wärmeleitender
Verbindung steht,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Schutzrohr
des Heizkörpers mit der Qin2ebauten Schaltvo#rrichtung, wobei dieren Gehäuse selUst-
den Ausdehnungskörper bildet, und # Fig. 3 eine teilweise kp.. Schnitt dargestellte
andere Ausführungsforrn, der Schaltvorrichtung.
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In,das Ende eine-s aus KugfQr oder Aluminium bestehenden Schutzrohres
H, das den elektrischen Heizkörper einer Waschmaschine. enthält, ist ein rohrförmiges
Gehäuse 21 . eingeschoben, das in inniger wärmeleitender Verbindunt; mit
einem Ausdehnungskörper 1 steht. Zu äies#e-F - n Zweck ist dieser
Ausdehnungskörper, . der -ygn, einem Metallstreifen mit hohem Ausdehnungskoeffizienten
gebildet wird, innen . an der Wandung des Gehäuses 21 angenietet.
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Seine beiden Enden sind. nach innen abgebogen und je mit einer
Bohrung Versehen. In jede dieser Bohrungen ist eine Buchse 4 bzw;, 16 aus
Isoliermaterial eingesetzt, die von einer Schr#übspind-el. 10 bzw. 14 durchsetzt
ist. In ihrer Lage ist die Buchse dadurch gesichert, daß sie an einer auf der Spindel
aufgeschraub-'ten Mutter 8 bzw. 18 -anliegt und in eine weitere Buchse
5 bzw. 17 aus Isolierstoff hineinragt, die das äußere, Ende der Spindel
umgibt und sich an einer aufgeschraubten Gegenmutter 9 bzw. 19 anlegt.
Auf diese Weise sind die beiden Schraubspindeln 10 und 14 an dem Ausdehnungskörper
1 und damit auch an dem Gehäuse 21 in gleichachsiger Lage zu diesen, aber
elektrisch isoliert-befestigt.
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Auf das innere Ende der Spindel 10 ist eine Ruchse
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aus Metall aufgeschranlit und durch eine Gegenmutter 7 in ihrer Lage
gesichert. Diese Buchse trägt eine mit dem einen Schenkel an ihr befestigte, U-förmig-Feder
3, deren anderer Schenkel einen Kontakt 2 trägt, -der daher in Achsenrichtung
des Gehäuses 21 abgefedert ist.
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Ein Streifen 13, der aus einem Metall oder anderen Werkstoff
von geringem Ausdehnungskoeffizienten be-.steht, ist an seinen E - nd-en
abgewinkelt. Sein eines Ende hat eine Bohrung, mit der es auf das innere Ende der
Spindel 14 aufgesteckt und in Anlage auf der Isolierstoffbuchse 16 durch
eine Mutter 18 gehalten ist. Das andere Ende des Streifens 13 trägt
einen Schaltkontakt 12, der für gewöhnlich am Kontakt 2 anliegt. Das Gehäuse 21
ist durch eingesetzte Stirnwände 22 abgeschlossen, die aus einem Isolierstoff bestehen
und luftdicht sowohl am Gehäuse 21 als auch an den Spindeln 10 und 14 verkittet
sind. Das Gehäuse ist mit .einem indifferenten Gas, z. B. Stickstoff, gefüllt. In
,dem vom Streifen 13 um,-ebenen Raum befindet sich -ein Heizwiderstand 20,
der durch Anschlußleitungen -einerseits mit der Schraubspindel 14 und andererseits
mit der Schraubspindel 10 verbunden ist und ein Schutzrohr trägt.
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Der die Waschmaschine beheizende Heizkörper, der sich im Innern des
Schutzrohrs H in geringem Ab-
stand von dem Gehäuse 21 befindet
' ist nicht mitdargestellt. Er ist an die Leitung 15 angeschlossen,
während die Leitung 11 zum Netzanschluß führt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn #die Heizung der Waschmaschine
eingeschaltet wird, -nachdem man die Maschine vorschriftsmäßig mit Wasser gefüllt
hat, so steigt die Temperatur des den elektrischen HeizkÖrper enthaltenden Rohres
H nur bis auf eine bestimmte Grenze, die etwas Über 100' C liegt, denn das
RohT H wird von dem Wasser umspült. Falls das Wasser auskocht oder die elektrische
Heizung der Waschmaschine ohne deren vorherige Füllung mit Wasser eingeschaltet
wird,dann steigt:,die Temperatur des Rohres Hweit höher. Diese Temperatur überträgt
sich ohne wesentliches Gefälle auf das Gehäuse 21 und auf den Ausdehnungskörper
1, der infolge seiner Ausdehnung die beiden Schraubspindeln 10 und
14 voneinander entfernt und infolgedessen die Kontakte2 und 12 trennt. Dabei bleibt
der Abstand des Kontaktes 12 von der Schraubspindel 14 unverändert, weil der Streifen
13 sich bei der Temperaturerhöhung nicht ausdehnt.
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Durch die Trennung der Kontakte 2 und 12 wird verhindert, daß der
im Schutzrohr H enthaltene, nicht näher dargestellte Heizwiderstand des Gerätes
unzulässige Temperaturen erreicht.
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Sobald die Kontakte 2 und 12 getrennt sind, die biz ddhin den Widerstand
20 kurzgeschlossen hatten, fließt nunmehrein Heizstrom durch den Widerstand 20 und
bewirkt, daß sich der Ausdelmungskörper 1 wesentlich langsamer abkühlt als
die Waschmaschine im übrigen. Es dauert daher eine geraume Zeit, bis die Abkühlung
auch des Ausdehnungskörpers 1 so weit vorgeschritten ist, daß sich die Kontakte
2 und 12 wieder schließen und daß dadurch die Betriebsbereitschaft der Waschmaschine
wiederhergestellt ist. Am besten wird die Watt-Leistung des Widerstandes 20 so bemessen,
daß sich der Ausdehnungskörper 1 erst dann wieder bis -unter die Schaltgrenze
abkühlt und ein Schließen der Kontakte2,12 herbeiführt, wenn entweder das,#geutzrohr
H durch eingefülltes Wasser abgekühlt oM die Waschmaschine vom Netz abgeschaltet
wird.
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Die Temperatur, bei welcher sich die Kontakte 2, 12
öffnen,
läßt sich mit Hilfe der Schraubspindeln 10 und 14 beliebig einstellen.
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Die Feder 3 dient dem Zweck, zu verhindern, daß der Streifen
13 verbogen wird, wenn sich der Ausdehnungskörper 1 abkühlt und zusammenzieht.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen
der Fig. 1 vor allem dadurch, daß das Gehäuse 23 selbst den Ausdehnungskörper
bildet.
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Ferner besteht bei dieser Ausführungsform der Halter von geringem
Ausdehnungskoeffizienten, dtr sich längs der Gehäuseachse erstreckt und von dem
Durchführungsisolator 31 getragen wird, aus zwei Federn 35 -und
36, die aus einem Mantel mit sehr geringem Ausdehnungskoeffizienten bestehen.
In die beiden Stirnwände des Gehäuses 23 sind die Durchführungsisolatoren
26, 31 eingesetzt. Der Isolator 26 hat die Gestalt einer Buchse, die
mit einer Metallbuchse 26 ausgefüttert ist,deren Gewindebohrung die Schraubspindel
25 aufnimmt. Auf dieser Schraubspindel befindet sich außen eine aufgesteckte
Buchse 27 aus Isolierstoff, die durch die Gegenmutter 29 gehalten
wird. Die Scliraubspindel 25 trägt wiederum ein-en Schaltkontakt 24. Der
andere Schaltkontakt 38 sitzt auf einem Träger 37, der von dem Halter
35, 36 getragen wird. Der Durchführungsisolator 31 sitzt luftdicht
auf einem Bolzen 32, der an die Leitung 33 angeschlossen ist und mittels
ein-es Halters 34 die beiden Federn 35, 36 trägt. Das Gehäuse enthält ferner
einen Pumpstutzen 40, der dazu dient, das Gehäuse zu evakuieren oder es mit einem
indifferenten Gas zu füllen. Der Heizwiderstand ist mit 41 bezeichnet. Da der Halter
35, 36 selbst federt, entfällt:die Feder 3 des Ausführungsbeispieles
der Fig. 1.
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Der Kontakt 38 ist mit dem Bolzen 32 durch ein isoliertes
biegsames Kabel 39 verbunden, das dem Zweck dient, den federnden Halter
35, 36 vom Strom zu entlasten:, damit er nicht als Widerstand wirkend durch
den Strom erhitzt wird.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele können in mannigfacher Hinsicht
abgeändert werden. So wäre
es z. B. unter Umständen zweckmäßig,
bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsforrn den Träger 37 aus Tsolierstoff
herzustellen und das biegsame Kabel 39
als einen Widerstandsdraht oder Widerstandsband
auszubilden, das als Wendel 39' gestaltet, innen am Gehäuse 23 anliegt
und demgemäß die Halter 35, 36
umgibt. Eine solche Ausgestaltung, die in Fig.
2 g-esti-ichelt angedeutet ist, ist von Vorteil, wenn das Rohr H die Wärme vom Heizkörper
bis zum Gehäuse 23 nicht genügend schnell leitet. Dann wird das Gehäuse
23 nämlich durch die Wendel 39' aufgeheizt, so daß die Kontakte 24,
38 getrennt werden, wenn die Kühlung des Rohres H durch Wasser unterbleibt
oder aufhört.
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Bei den dargestelltenAusführungsbeispielen werden die Kontakte 24,
38 bei unzulässiger Temperaturerhöhung der Schaltvorrichtung getrennt. Das
hängt damit zusammen, daß diese Kontakte mit dem Heizk5rper in Reihe geschaltet
sind. Es wäre aber auch möglich, die Abschaltung des Heizkörpers durch ein Scliiitz
zu bewirken, das durch die Kontakte der Schaltvorrichtung gesteuert wird. In diesem
Falle kann man die Kontakte in an sich bekannter Weise so anordnen, daß sie durch
die Ausdehnung des Gehätises 23 nicht geöffnet, sondern geschlossen, werden
und dadurch einen Hilfsstromkreis schließen, der das Schütz im Sinne einer Abschaltun#g
der Heizung steuert.
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Bei den in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen
muß der Ausdehnungskörper 1
bzw. 23 verhältnismäßig lang ausgebildet
sein, damit die erforderliche Länge der Schaltstrecke der Kontakte erreicht wird,
anderenfalls könnte der beim Trennen. der Kontakte entstehende Lichtbogen nicht
unterbrochen werden.
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Eine wesentliche Verkürzung des Ausdehnungskörpers 1 bzw.
23 kann erreicht werden, wenn der Ausdehnungskörper nicht selbst den einen
Kontakt trägt, sondern auf diesen Kontakt mit Hilfe eines Übersetzungshebels einwirkt.
Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Dort
ist das rohrförmige Gehäuse21 fortgelassen. An dem rohrförini ' - gestalteten
Ausdehnungskörper 42 befindet sich ein Ansatz 43, an welchem eine winkelförmig gebogene
Blattfeder 44, 45 befestigt ist. Diese liegt mit ihrem Schenkel 44 an dein Ende
eines Stabes 46 an, der einen niedrigen Ausdehntungskoeffizienten hat und mit dem
anderen Ende bei 47 am Ausdehnungskörper42 befestigt ist. Der längere Schenkel45
der Feder trägt isoliert den einen Kontakt46, während der andere Kontakt47 an dem
nicht dargestellten Gehäuse angebracht ist. Bei dies-er Bauart ist die Strecke,
-um welche der Kontakt 46 bei Ausdehnung des Körpers 42 bewegt wird, wesentlich
größer als die Strecke der Ausdehnung des Körpers selbst.