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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Heizeinrichtungen,
wie beispielsweise Strahlungsheizeinrichtungen für Glaskeramik-Kochfelder, haben
zum Schutz des Kochfeldes vor Übertemperatur
entsprechende Temperaturerfassungseinrichtungen. Dies können elektromechanische
Temperaturerfassungseinrichtungen sein, welche auch als Stabregler
bezeichnet werden und beispielsweise aus der
DE 33 33 645 A ,
DE 34 23 086 A oder
EP 898 291 A bekannt
sind.
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Die
Funktion solcher Temperaturerfassungseinrichtungen beruht vielfach
auf der unterschiedlichen thermischen Längenausdehnung von einem äußeren Metallrohr
gegenüber
einem innenliegenden Keramikstab, die an einem Ende miteinander verbunden
sind. Diese entstehende Längendifferenz löst als Relativbewegung
einen Schalter aus, so dass an einer einstellbaren Temperatur ein
Schaltvorgang des Schalters herbeigeführt werden kann. Damit kann
beispielsweise eine Heizeinrichtung in ihrer Leistung reduziert
oder abgeschaltet werden, um eine Übertemperatur am Kochfeld zu
vermeiden.
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Ein
häufig
verwendetes Material für
Kochfelder ist Glaskeramik. Diese hat eine maximal zulässige Temperatur,
welche je nach Art im Bereich von 500°C bis 600°C liegt. Neuartige Glaskeramiken
sind für
eine höhere
Temperatur zulässig.
So ist es einerseits vorteilhaft möglich, durch eine höhere Temperatur
an der Glaskeramik mehr Heizenergie einzukoppeln in ein daraufstehendes
Kochgeschirr, um Kochvorgänge
zu beschleunigen. Hierbei kann jedoch das Problem auftauchen, dass
beim Betrieb der Heizeinrichtung ohne aufgestelltes Kochgefäß die Temperatur
an Wänden,
Holz- oder Möbelteilen
im Umfeld des Kochfelds unzulässig
hohe Werte annimmt. Dies gilt vor allem für den Fall, dass eine Heizeinrichtung
im hinteren Bereich des Kochfelds betrieben wird.
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Dieses
Problem besteht insbesondere auch bei Heizeinrichtungen bzw. Kochstellen,
welche mehrere einzelne Heizbereiche aufweisen. Hier kann zwischen
dem Betrieb eines Einzel-Heizbereichs und dem Betrieb des Einzel-Heizbereichs
zusammen mit einem Zusatz-Heizbereich ein Temperaturunterschied
von bis zu 100°C
für die
Zulässigkeitsgrenze bestehen.
Somit ist es sehr wünschenswert,
ein und dieselbe Temperaturerfassungseinrichtung für sämtliche
Kochstellen eines Kochfelds und für sämtliche Betriebsarten vorsehen
zu können.
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Die
EP 750 330 A2 beschreibt
eine gattungsgemäße Heizeinrichtung
mit einer mechanischen Temperaturerfassungseinrichtung mit einem
langgestreckten Fühler
und einem Gehäuse.
Von dem außen
an die Heizeinrichtung angesetzten Gehäuse erstreckt sich der Fühler bis
etwa zur Mitte der Heizeinrichtung. Auf einen Bereich zwischen kurz
vor der Mitte der Heizeinrichtung bis kurz vor den Innenrand der
Heizeinrichtung ist eine Fühlerheizung
als Drahtwendel zur Beheizung des Fühlers aufgebracht. Dabei erstreckt
sich die Fühlerheizung über einen
ganz überwiegenden
Teil der Länge
des Fühlers über der Heizeinrichtung.
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Aufgabe
und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eingangs genannte Heizeinrichtung
zu schaffen, mit der die Probleme des Standes der Technik vermieden
werden können
und insbesondere eine universelle Einsetzbarkeit für viele
verschiedenartige Anwendungen gegeben ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. eine Temperaturerfassungseinrichtung mit diesen Merkmalen.
Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der weiteren Ansprüche
und werden im folgenden näher
erläutert.
Der Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es
ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung eine elektromechanische
Temperaturerfassungseinrichtung aufweist, um die Temperatur an bzw. über der
Heizeinrichtung zu erfassen, wobei dafür ein langgestreckter, insbesondere
länglich
gerader, Fühler
vorgesehen ist.
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Gemäß der Erfindung
weist die Temperaturerfassungseinrichtung ein Gehäuse bzw.
Schaltgehäuse
auf. An diesem ist der Fühler
angesetzt, insbesondere mit dem Fühlerrohr befestigt. Das Gehäuse weist
einen Schalter auf, der durch die Relativbewegung am Fühlers als
Schaltbewegung ausgelöst wird.
Er kann dabei eine im wesentlichen beliebige Schaltfunktion ausführen, beispielsweise
ein Signal geben oder aber auch die Heizeinrichtung ganz oder teilweise
an- oder ausschalten. Die Temperaturerfassungseinrichtung bzw. das
Gehäuse
sind dabei derart an der Heizeinrichtung anmontiert, insbesondere an einem
diese aufnehmenden schalenartigen Träger, dass das Gehäuse einen
gewissen Abstand zu der Heizeinrichtung aufweist und außerhalb
liegt. Zwischen dem Gehäuse
und der Heizeinrichtung ergibt sich somit ein freiliegender Fühlerbereich,
der außerhalb
der Heizbereiche liegt und somit auch im wesentlichen oder vollständig außerhalb
der Heizwirkung. Dieser freiliegende Fühlerbereich kann durch externe
Maßnahmen
beeinflusst werden, wobei hier eine Fühlerheizung vorgesehen ist,
mit welcher dieser freiliegende Fühlerbereich zusätzlich beheizt werden
kann. Somit kann durch diese Fühlerheizung ein
Zustand erreicht werden, in dem ein Teil des Fühlers und wegen dessen integrierender
Temperaturerfassung die gesamte Temperaturerfassungseinrichtung
eine höhere
Temperatur und somit auch eine stärkere Relativbewegung erfährt als
eigentlich durch die Heizeinrichtung vorliegt. So ergeben sich mehrere
Beeinflussungsmöglichkeiten,
welche im folgenden noch weiter ausgeführt sind.
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Vorteilhaft
beträgt
der Abstand zwischen Gehäuse
und Heizeinrichtung bzw. die Länge
des freiliegenden Fühlerbereichs
ein Mehrfaches des Durchmessers des Fühlers. Dies können beispielsweise
einige wenige Zentimeter sein.
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Als
Fühlerheizung
wird vorteilhaft eine elektrische Widerstandsheizung verwendet.
Besonders vorteilhaft ist dies ein Hochtemperatur-Heizwiderstand,
der für
einen Betrieb mit einigen 100°C
ausgelegt ist. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die zusätzliche
Beheizung in einem Temperaturbereich vorgenommen wird, der in etwa
demjenigen der Heizbereiche der Heizeinrichtung bzw. an dem sonstigen Fühler entspricht.
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Um
den gesamten Aufbau zu vereinfachen, kann die Fühlerheizung am Fühler befestigt
sein. Beispielsweise kann sie ihn nach Art eines Rings oder einer
Hülse übergreifen.
So kann sie zur leichten Montage und Befestigung einfach auf den
Fühler
aufgeschoben sein. Darüber
hinaus ist es möglich,
die Fühlerheizung
so lang zu machen wie den freiliegenden Bereich des Fühlers.
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Des
weiteren kann die Fühlerheizung
eine thermische Dämmung
aufweisen, die ihn umgibt. Dadurch kann zum einen die Einkopplung
der erzielten Heizleistung auf den Fühler verstärkt werden. Des weiteren kann
eine unnötige
und negative Aufheizung des Raums außerhalb der Heizeinrichtung durch
die Fühlerheizung
reduziert oder vermieden werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung kann die Fühlerheizung ein spannungsabhängiger Widerstand
und parallel zu einem vorgenannten Zusatz-Heizbereich der Heizeinrichtung
geschaltet sein. Dies bedeutet, dass die Fühlerheizung dann in Betrieb
ist, wenn der Zusatz-Heizbereich auch in Betrieb ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Fühlerheizung
ein stromabhängiger Widerstand
und in Reihe zu dem Zusatz-Heizbereich geschaltet sein. Dies ist
vor allem dann von Vorteil, wenn der Zusatz-Heizbereich seitlich
an den Einzel-Heizbereich der Heizeinrichtung anschließt.
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Die
Temperaturerfassungseinrichtung bzw. der Fühler ist dabei vorteilhaft
derart ausgebildet, dass er über
seine gesamte Länge
hinweg die Temperatur integrierend erfasst. So addiert sich an jedem einzelnen
Punkt eine dort vorherrschende Temperatur zu dem insgesamt erfassten
Wert hinzu. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass die Temperaturerfassung über Längenausdehnung
gemacht wird, die sich eben über
die gesamte Länge
hinweg aufaddiert.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der Fühler weniger
als die Hälfte
der Länge
bzw. Erstreckung des Zusatz-Heizbereichs oder seiner eigenen Länge überragt.
Besonders vorteilhaft ist der Anteil noch geringer, beispielsweise
zwischen 10% und 30%. Mittels dieses Längenanteils kann auch die Gewichtung der
Temperaturerfassung am Einzel-Heizbereich gegenüber derjenigen am Zusatz-Heizbereich
verändert
werden.
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Bei
einem teilweisen Überragen
ist die Heizeinrichtung in einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft
so ausgebildet, dass ein runder oder nahezu runder Einzel-Heizbereich
an einer Seite an einen Zusatz-Heizbereich angrenzt, der länglich ist
und eine Breite aufweist, welche in etwa dem Durchmesser des Einzel-Heizbereichs
entspricht. Dabei kann die Temperaturerfassungseinrichtung von außen an dem
Rand des Einzel-Heizbereichs befestigt sein und der Fühler in
etwa durch dessen Mittelpunkt gehen, in Richtung auf den Zusatz-Heizbereich
weisen sowie diesen ein geringes Stück überragen.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der vorgenannte
Fühler
zwei unterschiedliche Längsteile
aufweisen, vorteilhaft eines von dem anderen rohrartig umgeben,
die an einem Ende miteinander verbunden sind und jeweils ein unterschiedliches
thermisches Ausdehnungsverhalten aufweisen. Dadurch kann zwischen
den beiden Längsteilen eine
Relativbewegung bei Erwärmung
hervorgerufen werden. Diese Relativbewegung kann in eine Schaltbewegung
umgesetzt werden, vorteilhaft an einem Schalter in einem Gehäuse der
Temperaturerfassungseinrichtung. Diese beiden unterschiedlichen Längsteile
sind beispielsweise ein Rohr und ein darin verlaufender länglicher
Stab, wobei das eine Teil aus Metall bestehen kann und das andere
aus Glas oder Keramik. Eines der Längsteile besteht aus mehreren einzelnen
Teil-Längsteilen,
vorzugsweise dasjenige mit dem geringeren Temperaturkoeffizienten,
insbesondere das innere.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die Einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Temperaturbegrenzers,
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2 der
Temperaturbegrenzer aus 1 an einer Zweikreis-Heizung
mit seitlich angesetztem Zusatz-Heizbereich,
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3 ein
Temperaturbegrenzer ähnlich 1 in
abgewandelter Form an einer anderen Zweikreis-Heizung mit konzentrischen
Heizbereichen,
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4 eine
weitere alternative Ausführung
eines Temperaturbegrenzers für
eine Anordnung ähnlich 3 mit
einer Zusatzheizung auf dem Fühlerrohr
zwischen Heizkörper
und Temperaturbegrenzergehäuse
und
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5 eine
Schrägansicht
der Zusatzheizung aus 4.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
stark vereinfacht ein an sich üblicher
Temperaturbegrenzer 11 dargestellt, wie er auch als Stabregler
bezeichnet wird und beispielsweise aus dem vorgenannten Stand der
Technik bekannt ist.
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Von
einem Gehäuse 13 steht
ein metallisches Fühlerrohr 17 ab
und ist damit fest verbunden. In dem Fühlerrohr 17 ist ein
langer keramischer Stab 18 angeordnet. Der Stab 18 kann
vorteilhaft einteilig ausgebildet sein, für eine einfachere Fertigung
auch aus mehreren kurzen gleichartigen Längselementen bestehen. Wegen
der Fertigung aus Keramik weist der Stab 18 praktisch keinen
erfassbaren Längsausdehnungskoeffizienten
auf.
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In
dem Gehäuse 13 ist
ein Schalter 15 angeordnet, der vorteilhaft als Schnappschalter
ausgebildet ist, was aus dem Stand der Technik ausreichend bekannt
ist. An diesen Schalter 15 bzw. an dessen Auslösepunkt
ist, wie es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist, der
Innenstab 18 angelegt. Erwärmt sich aus dem kalten Zustand
heraus bei geöffnetem
Schalter 15 das Fühlerrohr 17,
so zieht es den Stab 18 mit und der Schalter 15 kann
bei einem bestimmten Wegpunkt, welcher einer bestimmten Temperatur
entspricht, auslösen
bzw. sich schließen. Dies
kann auch durch eine auf den Stab wirkende Federkraft unterstützt werden.
Beim Abkühlen
wiederum zieht sich das Fühlerrohr 17 zusammen
und drückt
den Stab 18 gegen den Schalter 15, so dass dieser
bei einer bestimmten Temperatur wieder öffnet.
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In 2 ist
dargestellt, wie der Temperaturbegrenzer 11 an einer Zweikreis-Kochstelle 19 angeordnet
ist. Die Zweikreis-Kochstelle 19 weist einen Zentralbereich 21 als
Einzel- oder ersten Heizbereich auf. Seitlich daran anschließend ist
ein Zusatz-Heizbereich vorgesehen. Wenn beide Heizbereiche 21 und 23 in
Betrieb sind, wird mit der Zweikreis-Kochstelle 19 ein
länglicher
Bräter
als Kochgeschirr betrieben.
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Der
Fühler 16 des
Temperaturbegrenzers 11 ragt zum einen durch den Mittelpunkt
des Zentral-Heizbereichs 21 laufend voll über diesen
hinüber. Er überquert
ihn also an seinem breitesten Bereich. Das Ende des Fühlers 16 ragt
mit einem kurzen Stück,
beispielsweise ein Viertel seiner Länge, über den Zusatz-Heizbereich 23 hinüber, auf
alle Fälle nicht über die
gesamte Länge
des Zusatz-Heizbereichs.
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So
ist eine differenzierte Beaufschlagung des Fühlers 16 des Temperaturbegrenzers 11 möglich und
damit auch eine Temperaturbegrenzung bzw. -überwachung. Der Zentral-Heizbereich 21 hat beispielsweise
eine Leistung 1500 W. Der Zusatz-Heizbereich 23 ist so
ausgelegt, dass im gemeinsamen Betrieb, dem sogenannten Zweikreis-Betrieb,
bei dem beide Heizbereiche jeweils gleichzeitig an- und ausgeschaltet
sind, vorteilhaft in Parallelschaltung an Versorgungsspannung, eine Leistung
von insgesamt 2400 W erzeugt wird.
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Die
Justierung des Temperaturbegrenzers 11 so eingestellt werden,
dass lediglich beim Betrieb des Zentral-Heizbereichs 21 eine
maximale Temperatur einer über
der Kochstelle 19 befindlichen Glaskeramik-Platte von beispielsweise
625°C möglich ist. So
kann im Einzelbetrieb lediglich dieses Heizbereichs dessen maximale
Leistung möglichst
gut umgesetzt werden, ohne dass der Temperaturbegrenzer den Be Heizbereich
zu oft wegen gefährlich
hoher Temperatur an der Glaskeramik, also höher als die genannten 625°C, abschaltet.
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Werden
im Zweikreis-Heizbetrieb beide Heizbereiche betrieben, also als
längliche
Bräter-Kochstelle,
so kann eine niedrigere maximale Temperatur an der Glaskeramik-Platte
gewünscht sein,
beispielsweise ca. 530°C.
Dies liegt auch daran, dass die nun abgegebene Gesamtleistung höher ist und
die heizende Fläche
größer ist.
Dabei wirkt im Gegensatz zum Einzelbetrieb auch die Heizleistung des
Zusatz-Heizbereichs
auf das diesen überragende
Ende bzw. den entsprechenden Bereich des Fühlers 16. Somit wird
dieser bei an sich normalem Betrieb mit mehr Heizenergie beaufschlagt,
so dass sich das Fühlerrohr 17 stärker ausdehnt
und der Schalter 15 früher
schaltet. Dies entspricht einer niedrigeren maximalen Temperatur
der Glaskeramik-Platte,
was im Zweikreis-Betrieb so gewünscht
ist.
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Gestrichelt
ist eine weitere Möglichkeit
dargestellt, wie der Temperaturbegrenzer 11 in anderer Stellung
an der Zweikreis-Kochstelle 19 angeordnet sein
kann. Während
für die
an sich dargestellte Anordnung der Fühler 16 nur eine bestimmte
Länge haben
darf, damit er nicht zu weit über
den Zusatz-Heizbereich ragt, spielt dies bei der zweiten Möglichkeit keine
Rolle. Hier kann der Fühler 16,
da er über
einen genau hinsichtlich seiner Länge definierten Bereich des
Zusatz-Heizbereichs 23 hinwegführt und dann wieder sozusagen
ins Leere übersteht,
im wesentlichen beliebig lang sein. Bei der Auswahl der genauen
Position des Temperaturbegrenzers 11 an der Kochstelle 19 ist
natürlich
dieser Abschnitt des Zusatz-Heizbereichs so auszusuchen, dass die
von ihm ausgehende Beaufschlagung des Fühlers 16 mit Heizenergie
demjenigen entspricht, was als Ergebnis erreicht werden soll.
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Eine
alternative Ausbildung einer Zweikreis-Kochstelle 119 ist
in 3 dargestellt. Hier ist die Zweikreis-Kochstelle 119 mit
einem innenliegenden Zentral-Heizbereich 121 versehen,
an den konzentrisch ein außen
umschließender
kreisringartiger Zusatz-Heizbereich 123 anschließt. Auch
derartige Zweikreis-Kochstellen 119 sind bekannt. Sie werden insbesondere
dazu verwendet, kleine und größere runde
Kochgeschirre an einer Kochstelle zu betreiben.
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Entweder
kann hier ein Temperaturbegrenzer 111 vorgesehen sein,
der ähnlich
wie der Temperaturbegrenzer 11 aus den 1 und 2 ausgebildet
ist. Dann kann er bei passender Breite des äußeren Zusatz-Heizbereichs 123 diesen
von außen kommend
einmal überqueren
und voll über
den Zentral-Heizbereich 121 bis zu dessen gegenüberliegendem äußeren Rand
reichen. So ist ähnlich
wie für 2 beschrieben
eine differenzierte Beaufschlagung des Temperaturbegrenzers 111 bzw.
seines Fühlers 116 möglich.
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Eine
differenzierte Beaufschlagung des Fühlers 216 eines Temperaturbegrenzers 211 ist
in 4 dargestellt. An eine Zweikreis-Kochstelle 219 ähnlich 3 mit
einem inneren Zentral-Heizbereich 221 und einem diesen
umgebenden Zusatz-Heizbereich 223 ist ein üblicher
Temperaturbegrenzer 211 ähnlich demjenigen aus den 1 und 2 angeordnet. Das
Besondere an der Anordnung ist hier jedoch, dass zwischen dem äußeren Rand
des Zusatz-Heizbereichs 223, der üblicherweise von einer als
Strich dargestellten Blechschale 225 als Träger für die Heizbereiche
gebildet wird, und dem Gehäuse 213 ein
relativ großer
Abstand besteht. Dieser kann dadurch erreicht werden, dass der Halteabschnitt 226, mit
dem das Gehäuse 213 und
somit der ganze Temperaturbegrenzer 211 an der Kochstelle 219 bzw.
der Blechschale 225 befestigt ist, erheblich länger ausgebildet
ist als üblich.
In dem dadurch entstehenden Zwischenraum 228, der in der
Praxis durchaus einige wenige Zentimeter betragen kann, ist eine
Fühlerheizung 230 über den
Fühler 216 übergeschoben.
Diese hat die Form eines Kreisrings und ist in 5 vergrößert dargestellt.
Die Fühlerheizung 230 weist
einen nicht näher
dargestellten elektrischen Heizwiderstand auf, vorzugsweise einen
Hochtemperatur-Widerstand. Er dient zur zusätzlichen Beheizung des Fühlers 216.
Nach außen
hin kann er mit einer Dämmung 232 umgeben
sein, um den außenliegenden Bereich,
insbesondere auch das Gehäuse 213,
nicht unnötig
kritisch aufzuheizen. Durch den Innenraum verläuft der Fühler 216.
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Durch
die zusätzliche
Beheizung des Fühlers 216 mit
der Fühlerheizung 230 wird
dem Temperaturbegrenzer 211 sozusagen eine erfasste Temperatur
vorgespielt, welche tatsächlich
nicht gegeben ist. Damit wird die frühzeitigere Auslösung am
Schalter 215 erreicht, also bei einer niedrigeren Temperatur,
wobei bei dieser Temperatur an sich sonst noch keine Auslösung erfolgen
würde.
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Die
Fühlerheizung 230 kann
beispielsweise als spannungsabhängiger
Widerstand parallel zum Zusatz-Heizbereich 223 geschaltet
sein, wenn dieser in Betrieb ist. Ist nur der Zentral-Heizbereich 221 in Betrieb,
so ist der darauf kompensierte Temperaturbegrenzer 211 ohne
Fühlerheizung 230 zu
betreiben.
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Alternativ
kann die Fühlerheizung 230 in
Reihe zum Zusatz-Heizbereich 223 geschaltet werden, wobei
in diesem Fall die beiden Leistungen entsprechend abgestimmt werden
müssen,
so dass der Zusatz-Heizbereich 223 immer
noch die gewünschte Leistung
erbringt. Auch hier ist das Prinzip der früher herbeigeführten Auslösung des
Temperaturbegrenzers 211 dasselbe wie zuvor beschrieben.