DE1023159B - Elektrischer Heizkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf rohrummantelte elektrische Heizkörper, wie sie üblicherweise in Küchenheizgeräten für Oberflächenheizung benutzt werden, und im besonderen auf eine Vorrichtung zum zeitweiligen Betrieb des Heizkörpers mit einer Leistung, die seine normale Leistung hinreichend übersteigt, um ihn, rasch auf Temperatur zu bringen.

Derartige Heizkörper werden mit einem oder mehreren, Heizwiderständen hergestellt, die in einem Mantelrohr isoliert eingebettet sind. Nachdem erst die Isolationsmasse und der Mantel erhitzt werden müssen, entsteht erfahrungsgemäß eine beträchtliche Verzögerung, bis der Heizkörper die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, wenn das Heizgerät nicht mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, die beim Einschalten zeitweise eine Wärmeleistung abgibt, die beträchtlich über der für normalen Betrieb erforderlichen liegt.

So besteht z. B. bei Heißwasseranlagen, der gesamte Heizwiderstand aus einem Material, das einen hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten besitzt, um den Heizkörper gegen Schäden zu schützen, wenn, er nicht unter Wasser steht. Derartige Heizwiderstände ergeben zwar eine Zusatzleistung während der Anheizperiode, eignen sich aber nicht für offene Heizkörper, wie sie beispielsweise in Küchenheizgeräten benutzt werden. Infolgedessen benutzt man bei solchen Heizgeräten normale Widerstände und sieht höchstens Regelorgane vor, die beim Anheizen zeitweilig Verbindung für eine kurzfristige Zusatzleistung herstellen und dann auf normale Betriebsleistung umschalten.

Derartige Regelorgane verlangen aber nicht nur besondere Anschlüsse, sondern auch präzise Vorrichtungen, zur Betätigung der Anschlüsse, die die Herstellungskosten nicht unbedeutend erhöhen. Außerdem sprechen diese Vorrichtungen nicht direkt auf die Temperatur der Heizelemente an und arbeiten deshalb nicht genügend exakt und zuverlässig, um eine angemessene Vorheizung herzustellen oder die Vorheizung zu unterbrechen, bevor die Heizelemente einem: schädlichen Einfluß durch die hohe Anlauftemperatur ausgesetzt werden.

Außerdem ist es üblich, die Vorheizung durch Anwendung einer höheren Spannung als der normalen Betriebsspannung bei den Heizelementen zu bewirken. Diese Überspannung ist dazu geeignet, die Lebensdauer des Heizkörpers zu verkürzen und, wenn zu lange angewendet, das Heizelement ein für allemal zu schädigen.

Gegenstand dieser Erfindung ist es a.lso> hauptsächlich, die Vorheizung so zu· verbessern, daß sie genauestens durch die Temperatur im Heizkörper Elektrischer Heizkörper

Anmelder:

Tuttle Sd Kift, Inc.,

Chicago, 111., (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. R. Poschenrieder,
Patentanwalt, München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Jacob Leland Shroyer, Sepulveda, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

ao kontrolliert wird, und zwar an der Stelle, wo· die Wärme für das Heizelement erzeugt wird; ferner die Vorheizung so zu bewerkstelligen, daß die Heizwiderstände keiner höheren als ihrer normalen Betriebsspannung ausgesetzt werden, zusätzliche An-Schlüsse und Anschluß wechsel zur Kontrolle der Vorheizung zu vermeiden und schließlich ganz allgemein eine; einfache und, zuverlässige Vorrichtung zu erstellen¹, die ein rasches Vorheizen gestattet und, nicht die obenerwähnten! Nachteile anderer A'Orheizvorrichtungen besitzt.

Dies wird bei einem elektrischen Heizkörper zur Oberflächenheizung mit vorbestimmter normaler Leistungsaufnahme bei Dauerbetrieb und zeitweiliger, die normale Leistungsaufnahme wesentlich übersteigender Leistungsaufnahme für rasches Anheizen des Heizkörpers, wobei der Heizkörper aus einem in einer Ebene spiralig gebogenen Mantelrohr mit einseitig breiter ebener Oberfläche besteht, die geeignet ist, ein Küchengerät zu tragen, dem Wärme direkt über die breite ebene Oberfläche des. Mantelrohrs zugeführt werden soll, in dem wenigstens zwei parallel geschaltete, gemeinsam unter Strom zu setzende, schraubenförmig gewundene Widerstände nebeneinander, aber voneinander getrennt in komprimiertem, wärmeleitendem, elektrischem Isolationsmaterial· so eingebettet sind, daß die Widerstände voneinander und vom Mantelrohr elektrisch isoliert sind!, dadurch erreicht, daß einer der Widerstände einen derartigen Temperatur-Wid.erstandekoeffizien.ten aufweist, daß sein elektrischer Widerstand über den ganzen Temperaturbereich, dem der Widerstand beim Betrieb des Heizkörpers ausgesetzt ist, im wesentlichen konstant bleibt, während, der andere Widerstand einen hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten auf-

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weist, der eine umfangreiche Veränderung des elek- Bei diesem, in seiner Form etwa dreieckigen Heiz-

trischen Widerstandes zuläßt, und zwar steigend von körper liegen die Widerstände 11 und 12 nebenein-

der unteren zur oberen Grenze des Temperatur- ander nahe der Oberfläche, d. h. ziemlich direkt unter

bereichs, dem der Widerstand beim Betrieb des Heiz- der Alantelfläche 14, und ein gemeinsamer Rückleiter körpers ausgesetzt ist, so daß er an der unteren 5 16 niederen Widerstandes zieht sich durch den Heiz-

Temperaturgrenze eine Leistungsaufnahme besitzt, körper innerhalb der Isolation 13 in der Nähe des

die die an der oberen Temperaturgrenze erheblich Mantelbodens bis zum Innenende 15 des Mantels, wo

übersteigt, wobei beide Widerstände über ihre ganze er mit den Widerständen 11 und 12 verbunden ist.

Länge in gleichem Abstand von und erheblich näher In Fig. 3 und 4 wird gezeigt, wie das fest mit dem an der breiten ebenen Oberfläche des Mantelrohrs als io Rückleiter 16 verbundene Kontaktglied 17, das aus

an dessen Unterseite liegen. Draht gebogen ist, mit seinen beiden freien Enden in

Die nachfolgende Beschreibung und die beigefügte die Wicklungen der Widerstände 11 und 12 eingreift.

Zeichnung veranschaulichen dies im einzelnen. Der Anschlußdraht 18 führt vom anderen Ende des

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungs- Rückleiters 16 durch das offene Mantelende, wo- auch

gemäßen. Heizkörper. Einige Teile sind freigelegt, 15 die Anschluß drähte 19 und 20 für die Widerstände

um Einzelheiten der Konstruktion zu zeigen, und ein 11 und 12 heraustreten. Die Anschlußdrähte 19 und

Schaubild ist angeschlossen, aus dem die wahlweise 20 könnten auch als einziger Draht auftreten, der

Regulierung der Betriebstemperatur für den Heiz- vorher mit den Widerständen 11 und 12 innerhalb des

körper hervorgeht; Mantels 10 verbunden wurde.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch den 20 Vorzugsweise gehören die Heizelemente 11 und 12

Heizkörper nach Fig. 1 in der Ebene 2-2: in. die gleiche Spannungsreihe, und beide Elemente

Fig. 3 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch das erhalten ihren Betriebsstrom gleichzeitig: das kann

geschlossene Innenende des Heizkörpers nach Fig. 1 entweder über eine zweiadrige Leitung geschehen,

in der Ebene 3-3 und wobei die beiden Anschlußdrähte 19 und 20 an die

Fig. 4 zeigt in einem Schnitt in der Ebene 4-4 nach 25 Zuleitungsklemme der einen Ader und der Anschluß-

Fig. 3 die Verbindung der Widerstände mit dem draht 18 an die andere Ader gelegt werden, oder kann

Rückleiter im geschlossenen Innenende des Heiz- über eine dreiadrige Zuleitung (mit einem neutralen

körpers. Draht) erfolgen, wobei der neutrale Draht mit dem

Der erfindungsgemäße Heizkörper besteht aus Anschlußdraht 18 und die beiden anderen Zuleitungseinem metallischen Rohrmantel mit einem üblichen, 30 drähte mit den entsprechenden Anschlußdrähten 19 durch den Mantel verlaufenden, in hochkompri- und 20 so verbunden werden, daß beiden Heizelemiertem, wärmeleitfähigem, elektrisch isolierendem menten 11 und 12 die gleiche Spannung mitgeteilt Material eingebetteten Heizelement. Zum Vorheizen wird. Es ist indessen auch möglich, an die Heizdient ein zweites Heizelement, das nebenbei auch das elemente 11 und 12 verschiedene Spannungen zu legen, Ausmaß und die Dauer des Vorheizens kontrolliert; 35 z. B. an das eine Heizelement eine Spannung von es verläuft ebenfalls durch den Mantel entlang dem 100/200 V und an das andere Heizelement eine Spananderen Heizelement und ist von ihm und¹, vom nung von 220/240 V: in diesem Falle müßte der neu-Mantel über seine ganze Länge hinweg elektrisch trale Draht einer dreiadrigen Zuleitung mit dem isoliert. Dieses spezielle Heizelement steht in Parallel- Anschlußdraht 19 oder 20 des Heizelementes für schaltung mit dem anderen üblichen Heizelement, so 40 niedrige Spannung und die beiden anderen. Adern mit daß beide Heizelemente parallel und gleichzeitig dem anderen der beiden Anschlußdrähte 19 und 20 unter Strom gesetzt werden. und dem Anschlußdraht 18 verbunden werden.

In der Ausführungsform nach der Zeichnung wird Das Heizelement 11 ist von normalen Typ, sein

nur ein übliches Heizelement und ein derartiges Widerstand wird durch Temperaturwechsel nicht be-

Spezialheizelement gezeigt; es können aber selbst- 45 merkenswert beeinflußt. Das Heizelement 12 besteht

verständlich, wenn es für notwendig erachtet wird, hingegen aus einer Materialverbindung, die einen

mehr als ein übliches Heizelement und mehr als ein hohen. Temperatur-Widerstandskoeffizienten besitzt,

spezielles Heizelement verwendet werden. derart, daß sein Widerstand sich mit der Temperatur

Der Heizkörper nach der Zeichnung gleicht nach erhöht. Deshalb ist die Leistungsaufnahme des EIe-

Art und Herstellung einem bekannten Heizkörper, 50 ments 12 bei normaler oder Raumtemperatur hoch

der aus einem metallischen Mantel besteht, und zwei und vermindert sich bei hoher Betriebstemperatur des

sich durch diesen Mantel hindurchziehende Heiz- Geräts.

elemente 11 und 12 enthält, die nebeneinander und Beim Einschalten des Heizgeräts liefert also das getrennt voneinander in einer sie voneinander und Heizelement 12 sofort übernormale Hitze an das Gevom Mantel elektrisch isolierenden Masse 13 aus 55 rät und heizt es vor; wenn die Wärme sich dann im wärmeleitfähigem Material eingebettet sind (vgl. die Gerät verteilt, fährt es fort, so lange übeniormak USA.-Patentschrift 2 643 317). Diese Heizelemente, Wärme zu liefern, bis das Gerät seine Betriebsgleich welchen Typs, sind in ihrer vorzugsweise üb- temperatur erreicht hat. Dabei vermindert sich alllichen Form aus Widerstandsdraht schraubenförmig mählich der Betrag an Überschuß wärme, bis das gewunden und mit ihren getrennt liegenden Wick- 60 Heizelement 12 nach Erreichen der ßetriebstempe-Iungen in Serie oder in Parallelschaltung miteinander ratur einen so hohen Widerstand besitzt, daß seine verbunden. Leistungsaufnahme auf einem dadurch !«stimmten

In der dargestellten Ausführungsform hat der niedrigen Punkt angelangt ist und dabei so lange Mantel 10 und sein Inhalt eine ebene Spiralform, wie bleibt, wie die Betriebstemperatur andauert, sie für Küchenheizgeräte verwendet wird; die Mantel- 65 Das Heizelement 12 besteht z.B. aus einer Nickeloberfläche ist breit und flach, und der Mantel ist am Eisen-Verbindung, die ungefähr 70% Nickel und uninneren Ende der Spirale, bei 15, geschlossen. Am gefahr 30% Eisen enthält. Diese Verbindung liefert anderen offenen Ende des Mantels treten die An- einen Widerstand, der bei Betriebstemperatur ungeschlußdrähte heraus, durch die der Strom zu den fähr ein Viertel der Leistungsaufnahme gegenüber Heizelementen oder Widerständen 11 und 12 gelangt. 70 normaler oder Raumtemperatur hat. Diese Variation

im Widerstandsbereich ist deshalb wünschenswert, weil sie genügend Überhitze für das Anheizen bietet und zu gleicher Zeit die Verwendung eines Heizelements 11 von höherer Leistung gestattet. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß im Hinblick auf die Parallelschaltung der Elemente 11 und 12 das Heizelement 11 während der Vorheizperiode und später nur mit seiner normalen Leistungskapazität arbeitet, wogegen das Heizelement 12 nach, der Vorheizperiode mit reduzierter Leistungsaufnahme weiterarbeitet. Das Heizgerät arbeitet also· bei normalem Betrieb teilweise mit dem Element 11 und teilweise mit dem Element 12, wobei die anfängliche und zeitweise hohe Leistungsaufnahme des letzteren als ein Hilfsmittel dient, um die notwendige zusätzliche Wärme für das Vorheizen beim Einschalten des Geräts zu liefern.

Das Heizelement 11 besitzt vorzugsweise eine Leistungsaufnahme, die es gestattet, den größten. Teil der für das Heizgerät erforderlichen Wärme bei normalem Betrieb zu liefern. Das Heizelement 12 hingegen besitzt eine Leistungsaufnahme, bei der es, nachdem sein der Vorheizung dienender Zweck erfüllt ist, nur ein kleineren Betrag der danach von dem Heizgerät verlangten Wärme liefert.

Bei einer Leistungsaufnahme des Heizkörpers von 1250 Watt ist es beispielsweise vorzuziehen, dem Heizelement 11 eine Betriebskapazität von 1000 Watt und dem Heizelement 12 eine Betriebskapazität von 1000 Watt bei Raumtemperatur zu geben, die auf 250 Watt bei normaler Betriebstemperatur des Geräts sinkt, so daß der größere Teil der Heizlast bei Normalbetrieb des Geräts auf dem Heizelement 11 liegt.

Die Eigenwärme des Heizelements 12 ist bei Normalbetrieb relativ niedrig, und seine tatsächliche Temperatur hängt dabei weitgehend; von der Wärme ab, die von dem Heizelement 11 geliefert wird. Außerdem ist diese relative Leistungskapazität des Heizelements 12 und seine Parallelschaltung deshalb vorteilhaft, weil die Arbeit des Hauptelements 11 durch das Hilfselement 12 in keiner Weise berührt wird, das Heizelement 11 deshalb weiterarbeiten und das Gerät bis zur üblichen Kochtemperatur erhitzen wird, ungeachtet dessen, ob das Heizelement 12 in seiner Wirkung nachläßt oder gar ausfällt.

Der oben beschriebene Heizkörper kann für VoIlleistuiig verwendet werden, indem man einmal nur einen Normalschalter oder Stecker vorsieht, der die beschriebene Verbindung zur Zuleitung darstellt oder unterbricht, oder man kann einen Schalter für hohe und niedrige Leistung verwenden, der entweder die Elemente 11 und 12 zusammen für große Hitze oder das Element 12 allein für niedrige Wärme betätigt.

Es ist indessen vorzuziehen, eine stufenlose Regelung von einer an sich, bekannten Art zu verwenden, bei der eine Welle 21 mit konstanter Geschwindigkeit rotiert und mit den auf ihr gelagerten Nocken 22 und 23 die Kontakte 24 und 25 in Richtung auf die Gegenkontakte 26 und 27 oder von ihnen weg betätigt (vgl. die USA.-Patentschriften 2294573, 2503 082), wobei letztere Kontakte mit den beiden Leitungen 28 und 29 einer zweiadrigen Stromzuführung verbunden sind.

Die Kontakte 24 und 25 liegen auf Federarmen 30 und 31 und werden durch diese mit ihren Gegenkontakten 26 und 27 geschlossen bzw. aus dieser Schlußstellung durch die Nocken 22 und 23 gegen die Wirkung der Federarme 30 und 31 gebracht. Dabei liegt der Federarm 30 über die Leitung 32 an den Anschluß drähten 19 und 20 des Heizgeräts, so daß die entsprechenden Enden der Heizelementen und 12 mit der Netzleitung 28 verbunden sind, wenn die Kontakte 24 und 26 geschlossen sind. Der Federarm 31 liegt über die Leitung 33 an dem Anschlußdraht 18 des Heizkörpers, so daß die anderen Enden der Heizelemente 11 und 12, nämlich die am geschlossenen Mantelende 15, über den Rückleiter 16 mit dem anderen Netzdraht 29 verbunden sind, wenn die Kontakte 25 und 27 schließen.

Die Nocken 22 und 23 sind gleichförmig und auf der Welle 21 so· angeordnet, daß sie gleichzeitig eine korrespondierende Bewegung auf die Federarme 30 und 31 ausüben.

Die Kontakte 26 und 27 liegen ebenfalls auf Federarmen 34 und 35, die diese Kontakte von ihren Gegenkontakten 24 und 25 wegbewegen sollen. Auf die Federanne 34 und 35 wirken die einander entsprechenden Nocken 36 und 37 auf der Welle 38, die durch Betätigung des Knopfes 39 die Nocken 36 und 37 gemeinsam und korrespondierend so bewegt, daß sie die Kontakte 26 und 27 entweder gegen die Federwirkung von 34 und 35 an die Kontakte 24 und 25 legen oder sie sich voneinander weg bewegen lassen.

Durch Einstellung des Knopfes 39 können die Kontakte 26 und 27 also aus dem Bereich der Kontakte 24 und 25 gebracht werden, wodurch die Verbindung der beiden Netzlinien 28 und 29 mit dem Heizgerät vollkommen unterbrochen wird. Die Kontakte 26 und 27 können aber auch in dauernden Schluß mit den Kontakten 24 und 25 eingestellt werden: in diesem Falle stehen dann die Netzlinien 28, 29 mit dem Heizgerät in permanenter Verbindung. Schließlich können die Kontakte 26 und 27 durch den Knopf 39 aber auch in jede Stellung zwischen konstantem Eingriff und konstantem Nichteingriff der Kontakte 26 und 27 mit den, Kontakten 24 und 25 eingestellt werden, so daß dann die Kontakte 24 und 25 mit den Kontakten 26 und 27 je Umdrehung der Welle 21 und der Nocken 22 und 23 für eine beliebig gewählte Zeitspanne in Verbindung stehen.

Der Strom wird dem Heizgerät auf diese Weise je Umdrehung der Welle 21 für eine beliebig gewählte Zeitspanne während einer Umdrehung oder für die ganze Dauer einer Umdrehung zugeführt. Dadurch wird der-Heizkörper bis zu jedem gewünschten Grad erhitzt, je nachdem die Kontakte24 und 25 mit den Kontakten 26 und 27 entweder intermittierend oder dauernd geschlossen sind. Beide Elemente 11 und 12 stehen dann jedenfalls unter Strom, und das Element 12 tritt unmittelbar nach dem Einschalten des Geräts so in Aktion, daß es das Heizgerät entweder rasch zu voller Wärmeentwicklung oder je nach der Stellung des Knopfes 39 auf eine entsprechende¹ Zwischenwärme bringt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Heizkörper zur Oberflächenheizung mit \Orb.estimmter normaler Leistungsaufnahme bei Dauerbetrieb und zeitweiliger, die normale Leistungsaufnahme wesentlich übersteigender Leistungsaufnahme für rasches Anheizen des Heizkörpers, wobei der Heizkörper aus einem in einer Ebene spiralig gebogenen Mantelrohr mit einseitig breiter ebener Oberfläche besteht, die geeignet ist, ein Küchengerät zu tragen, dem \¥ärme direkt über die breite ebene

Oberfläche des Mantelrohrs zugeführt werden soll, in dem wenigstens zwei parallel geschaltete, gemeinsam unter Strom zu setzende, schraubenförmig gewundene Widerstände nebeneinander, aber voneinander getrennt in komprimiertem, wärmeleitendem, elektrischem Isolationsmaterial so¹ eingebettet sind, daß die Widerstände voneinander und vom Mantelrohr elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Widerstände (11) einen derartigen Temperatur-Widerstandskoeffizienten aufweist, daß sein elektrischer Widerstand über den ganzen Temperaturbereich, dem der Widerstand beim Betrieb- des Heizkörpers ausgesetzt ist, im. wesentlichen konstant bleibt, während der andere Widerstand (12) einen hohen positiven TemperatuT-Widerstandskoeffizienten aufweist, der eine umfangreiche Veränderung des elektrischen Widerstandes zuläßt, und zwar steigend von der unteren; zur oberen Grenze des Temperaturbereichs, dem der Widerstand beim Betrieb des Heizkörpers ausgesetzt ist, so daß er an der unteren Temperaturgrenze eine Leistungsaufnahme besitzt, die die an der oberen Temperaturgrenze erheblich übersteigt, wobei beide Widerstände über ihre ganze Länge hin in gleichem Abstand von und erheblich näher an der breiten ebenen Oberfläche (14) des Mantelrohrs (10) als an dessen Unterseite liegen.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden schraubenförmig gewundenen Widerstände (11, 12) in an sich bekannter Weise in ihrem Querschnitt senkrecht zu der breiten ebenen Oberfläche (14) des Mantelrohrs (10) abgeflacht sind und deshalb eine vergrößerte Längsausdehnung parallel zu der breiten ebenen Oberfläche des Mantelrohrs aufweisen.

3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Widerstände (11,12) in an sich bekannter Weise parallel geschaltet sind und gleichzeitig durch einen. Schalter unter Strom gesetzt werden, der, aus einer Kraftquelle betätigt, die Stromzuführung zu den Widerständen gleichzeitig in wahlweise verschiedenen Intervallen unterbricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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