DE19605187A1 - Sicherheitseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für ein Wärmegerät, insbesondere für ein Gerät mit einem Durchlauferhitzer, mit einem Strom führenden Leiter, der unter einer mechanischen Vorspannung stehend an einer ersten Anschluß­ stelle eingespannt gehalten ist und mit seinem freien Ende an einer zweiten Anschluß­ stelle verlötet ist, wobei sich der Leiter unter Lösen der Lötstelle aufgrund der Vor­ spannung von der zweiten Anschlußstelle wegbewegt und damit eine Unterbrechung der Stromleitung zwischen der Anschlußstelle und dem Leiter bewirkt wird.

Eine derartige Sicherheitseinrichtung ist in der EP-B1-0 317 753 in Verbindung mit einem elektrisch beheizten Durchlauferhitzer für Haushaltsgeräte zur Herstellung von Filterkaffee oder anderen heißen Aufgußgetränken beschrieben.

Wärmegeräte, insbesondere solche, die im Haushaltsbereich eingesetzt werden, er­ fordern Sicherheitseinrichtungen, um das Gerät zum einen unter Erreichen einer Soll­ temperatur und einer ausreichend langen Heizzeit abzuschalten und um andererseits einen Schutz vor Überhitzung zu schaffen. Unter den verschiedenen Möglichkeiten einer Temperatursicherung wird in der EP-B1-0316753 eine Temperatursicherung beschrie­ ben, die elektrisch zwischen einer ersten Anschlußklemme eines Rohrheizkörpers und einer Anschlußleitung des Haushaltsgeräts geschaltet ist und die bei Erreichen einer Ausschalttemperatur die Stromversorgung des Rohrheizkörpers unterbricht, wobei im ordnungsgemäßen Betrieb ein Temperaturregler die Temperatur so steuert, daß sie unterhalb der Ausschalttemperatur der Temperatursicherung verbleibt.

In der Regel ist diese Temperatursicherung für den Ausfall des Temperaturreglers, der üblicherweise ein Bimetall aufweist, ausreichend, um im Störfall das Gerät von der elektrischen Versorgung zu trennen. Wenn allerdings bei einer ungünstigen Phasenlage und defektem Temperaturregler ein zusätzlicher Kurzschluß auftritt, so daß Heizleiter­ bereiche, beispielsweise eines Rohrheizkörpers, elektrisch mit dem Schutzleiter verbun­ den sind, so kann dennoch ein unkontrolliertes Aufheizen des Rohrheizkörpers statt­ finden.

Um einem solchen Problem zu entgegnen, sieht die EP-B1-0 317 753 zwischen dem Rohrheizkörper und dem Temperaturregler eine weitere Temperatursicherung vor, die bei Ausfall des Temperaturreglers, auch unter Auftreten eines Kurzschlusses und unter ungünstiger Phasenlage, eine Unterbrechung des Heizkreises bewirkt. Diese zweite Temperatursicherung ist als Schmelzsicherung ausgebildet, deren Anschlußdraht zwi­ schen dem Temperaturregler und dem Rohrheizkörper unter mechanischer Vorspannung stehend so verlötet wird, daß durch eine am Rohrheizkörper auftretende erhöhte Tempe­ ratur unter Schmelzen der Lötstelle der Anschlußdraht von der Kontaktstelle weg bewegt und damit eine Unterbrechung des elektrischen Stroms bewirkt wird. In einer weiteren Ausführungsvariante kann die zweite Temperatursicherung durch einen elek­ trischen Verbindungsdraht ausgeführt werden, der aus einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, zum Beispiel Lötzinn, besteht und der Verbindungsdraht bei einer vor­ gegebenen Solltemperatur schmilzt und dadurch den Rohrheizkörper von der Spannungs­ versorgung trennt.

Es hat sich allerdings gezeigt, daß eine solche vorstehend beschriebene Temperatursiche­ rung mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, da der Rohrheizkörper mit der daran verbundenen Anschlußstelle unter Aufheizen und Abkühlen seine relative Position zu der gehäuseseitigen Anschlußstelle ändert, so daß Ablösungen im Bereich der Lötstelle nicht auszuschließen sind, zumal diese Lötstelle im Bereich des Rohrheizkörpers durch die hohen, dort auftretenden Temperaturen erweicht wird, so daß dadurch eine solche Ablösung noch erleichtert wird.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik und der vorstehend aufgeführten Problematik einer solchen zusätzlichen Temperatursicherung in Form eines unter Vorspannung stehenden, an einer Lötstelle unter Schmelzen des Lots freigebbaren Leiters liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Sicherheits­ einrichtung unter Einsatz einer minimalen Anzahl von Teilen und eines einfachen Auf­ baus so auszugestalten, daß sie eine höhere Zuverlässigkeit und damit Sicherheit bietet.

Die vorstehende Aufgabe wird ausgehend von einer Sicherheitseinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Leiter mindestens einen verformten Ab­ schnitt aufweist, der federnd nachgiebig eine Abstandsänderung zwischen den zwei Anschlußstellen aufnimmt. Durch die Form des Leiters können Abstandsänderungen zwischen den zwei Anschlußstellen im Bereich der Verformung, die elastisch auf eine Abstandsänderung hin nachgibt, aufgenommen werden, so daß hohe mechanische Beanspruchungen durch eine solche Abstandsänderung im Bereich der Lötstelle nicht auftreten können. Weiterhin ist durch diese Verformung die Möglichkeit gegeben, definiert die Elastizität des Leiters und damit die Vorspannungskraft, mit der beim Lösen der Lötstelle das eine Ende des Anschlußdrahts von der zweiten Anschlußstelle weg bewegt wird, definiert einzustellen. Es müssen hierzu keine weiteren Bauteile eingesetzt werden, da der verformte Abschnitt ein Teil des Leiters selbst bildet. Es ist lediglich erforderlich, den den Leiter bildenden Draht, der die beiden Anschlußstellen üblicher­ weise miteinander verbindet, geringfügig zu verlängern, um den verformten Abschnitt einbringen zu können, so daß nur ein geringer Mehraufwand an Material erforderlich ist.

Die Sicherheitseinrichtung kann weiterhin ein integrales Bauteil einer Heizgruppe sein, wobei enge Toleranzen zum einen bei der Herstellung des Leiters zum anderen bei der Befestigung des Leiters an den Anschlußstellen möglich sind. Schließlich kann durch den verformten Bereich beim Befestigen des Leiters an der zweiten Anschlußstelle mittels der Lotverbindung eine gewisse Schwankungsbreite in dem Abstand zwischen den beiden Anschlußstellen für den Leiter aufgenommen werden, die bei der Montage, beispielsweise eines Rohrheizkörpers, auftreten können. Aufgrund des verformten Abschnitts kann bereits im Rahmen der Montage der Leiter gedehnt oder zusammen­ gedrückt werden, was die Montage erleichtert.

Bevorzugt wird der verformte Abschnitt des Leiters U- oder halbkreisförmig nach An­ spruch 2 oder W- oder zickzackförmig nach Anspruch 3 ausgebildet. Eine U- oder halbkreisförmige Ausbildung sollte dann herangezogen werden, wenn die zu erwarten­ den, auftretenden Schwankungen in der Abstandsänderung zwischen den Anschluß­ stellen relativ gering sind, während eine W- oder zickzackförmige Ausbildung dann herangezogen werden sollte, wenn die zu erwartenden Schwankungen im Abstand in einem größeren Bereich liegen, so daß diese durch die mehrfache Faltung des Leiters aufgenommen werden können, ohne daß die Lötstelle unnötig beansprucht wird.

Mit einer Anordnung nach Anspruch 4 ist es möglich, die Funktionsfähigkeit des Leiters vor einer Verlötung zu prüfen, indem versuchsweise das freie, noch nicht angelötete Ende des Leiters auf die zweite Anschlußstelle niedergedrückt wird; bei ordnungs­ gemäßer Funktion wird dann der noch nicht angelötete Schenkel zu seiner angehobenen Position zurückschnellen, in der, im späteren Betrieb des Geräts nach Schmelzen der Lötstelle, ein Zuführen zu der Heizeinrichtung des Geräts, beispielsweise zu dem Rohr­ heizkörper, unterbrochen wird.

Um zu gewährleisten, daß der Leiter, beispielsweise ein im Querschnitt runder Draht oder ein flacher Metalldraht, um seinen gesamten Umfang an der zweiten Anschlußstelle mit Lot umgeben werden kann, damit eine weitgehenst vollständige Einbettung des Leiters an der Anschlußstelle mit Lot gewährleistet werden kann, wird, gemäß Anspruch 5, eine punkt- oder linienförmige Auflage an der zweiten Anschlußstelle vorgesehen, an die sich das zu verlötende Ende des Leiters anlegt, so daß das Lot beim Anlöten auch unter den Leiter fließen kann. Bevorzugt ist die vorstehend angegebene punktförmige Auflage in einer Ausführung gemäß Anspruch 6 durch einen Stift oder einen nocken­ artigen Vorsprung gebildet.

Um eine Prüfung vornehmen zu können, ob der Leiter an der verlöteten Anschlußstelle auch auf seiner Unterseite ausreichend von Lot umgeben ist, wird im Bereich der zweiten Anschlußstelle eine Öffnung oder Durchbrechung vorgesehen, die gemäß Anspruch 7 als Dichtöffnung dient. Wenn nach dem Anlöten eine Prüfung ergibt, daß auch diese Sichtöffnung mit Lot gefüllt ist, kann daraus geschlossen werden, daß der verlötete Leiter ausreichend mit Lot umgeben und eine gut verlötete Anschlußstelle hergestellt ist.

Üblicherweise ist die zweite Anschlußstelle an einem Kontaktschuh gebildet, der seiner­ seits an dem Anschlußteil eines Heizelements, beispielsweise eines Heizstabs, befestigt ist.

Damit die Temperatur im Fehlerfall möglichst schnell ansteigt, um die Lotstelle zum Schmelzen zu bringen, die Temperatur aber im Normalbetrieb möglichst niedrig gehalten wird, ist, um eine sichere Verbindung des Leiters an der zweiten Anschlußstelle zu gewährleisten, die Anschlußstelle, die mit dem zu schützenden, sich erwärmenden Bauteil verbunden ist, mit einem Wärmeleitblech ausgestattet. Über dieses Wärmeableit­ blech erfolgt im Normalfall eine Wärmeabfuhr, wobei die Dynamik dieses Wärmeableit­ blechs durch dessen Querschnittsveränderung im Bereich der Lötstelle beeinflußt werden kann. Im Dauerbetrieb erwärmt sich das Blech und leitet Wärme an die Umge­ bung ab, so daß die Lottemperatur niedrig gehalten wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Sicherheitseinrichtung, die zwischen zwei An­ schlußstellen gebildet ist, in einer stromführenden Stellung und in einer an­ gedeuteten, den den Strom unterbrechenden Stellung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entsprechend der Fig. 1, wobei ein Bereich des Leiters W-förmig ausgebildet ist,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der linken Anschlußstelle der Fig. 1 und 2 mit weite­ ren, konstruktiven Details,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Anschlußstelle mit einem gegenüber der Ausfüh­ rungsvarianten der Fig. 1 und 3 zusätzlichem Wärmeableitblech, und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Die Sicherheitseinrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt einen Leiter 1, der an einer ersten Anschlußstelle 2 fest eingespannt ist, wie dies schematisch dargestellt ist. An diesem Ende ist der Leiter 1 mit einer Stromversorgung verbunden, durch ein Kabel 3 angedeutet. Das andere Ende des Leiters 1 ist mit einem Kontaktschuh 4 über Lot 19 an einer Lötstelle 5 verlötet. Der Kontaktschuh 4 ist an seinem anderen Ende 6 mit dem Anschlußbolzen 7 eines Heizstabes 8 fest verbunden. Der Leiter 1, entsprechend der Fig. 1, weist einen verformten Abschnitt, in Fig. 1 einen U-förmig geformten Abschnitt, auf, der den Leiter 1 federnd nachgiebig gestaltet, falls eine Längenänderung zwischen der ersten Anschlußstelle 2 und der zweiten Anschlußstelle 5, in Form der Lötstelle 5, auftritt. Eine solche Abstandsänderung zwischen diesen beiden Anschlußstellen 2, 5 ist dann gegeben, wenn sich der Heizstab 8 erwärmt und dadurch verformt. Außerdem kann eine solche Abstandsänderung auch durch Erschütterungen auftreten. Aufgrund dieser Flexibilität des Leiters 1 besteht keine Gefahr, daß sich die Lötstelle 5, die auch eine gewisse Erwärmung durch den sich aufheizenden Heizstab 8 erfahren kann, löst.

Falls eine Überhitzung des Heizstabs 8 aufgrund eines Defekts des Geräts, beispiels­ weise aufgrund eines Kurzschlusses, auftritt, tritt eine starke Erwärmung im Bereich des Kontaktschuhs 4 und damit im Bereich der Lötstelle 5 auf, die das Lot 19 der Lötstelle 5 erweicht bzw. zum Schmelzen bringt. Aufgrund einer mechanischen Vorspannung, mit der der Leiter 1, ausgehend von der mit unterbrochenen Linien dargestellten Stellung (der Leiter ist in dieser Stellung mit dem Bezugszeichen 1′ bezeichnet), auf die An­ schlußstelle 10 des Kontaktschuhs 4 niedergedrückt und dann verlötet ist, wird somit, durch Trennen des Leiters 1 von der Anschlußfläche 10 des Kontaktschuhs 4, der Stromfluß zu dem Anschlußbolzen 7 des Heizstabes 8 hin unterbrochen; eine weitere Aufheizung des Heizstabs 10 wird unterbunden. Mit diesem mechanisch vorgespannten Leiter 1 in seiner mit der zweiten Anschlußstelle 5 verbundenen Stellung, die sich nach Schmelzen der Lötstelle 5 zu der von der Lötstelle getrennten Stellung 1′ hin bewegt, ist eine äußerst einfache, allerdings dennoch wirksame Sicherungseinrichtung gegeben, insbesondere auch im Hinblick darauf, daß Längenänderungen oder andere mechanische Belastungen durch den U-förmigen Abschnitt 9 aufgenommen werden können.

Weiterhin ist mit dem U-förmigen Abschnitt 9 eine sehr einfache Möglichkeit gegeben, um die mechanische Vorspannung des Leiters 1 einzustellen bzw. den Leiter 1′ in einer Ausgangsstellung anzuordnen, die in der unterbrochenen Linie in Fig. 1 gezeigt ist. Zusätzlich ist mit dieser Anordnung eine Funktionsprüfung der Sicherungseinrichtung vor Anlöten des Leiters 1 an der Lötstelle 5 gegeben. Um die Funktionstüchtigkeit des Leiters 1 zu prüfen, wird vor dem Anlöten das hochstehende, frei Ende 11 in Richtung des Pfeils 12 nach unten auf die Anschlußfläche 10 des Kontaktschuhs 4 gedrückt und danach wieder freigegeben, um die Elastizität und die ausreichende Vorspannung des Leiters 1 zu prüfen.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, bei der der Leiter 1 einen W- oder zickzackförmig verformten Abschnitt 13 aufweist. Diese Verformung ist stark vergrößert dargestellt, außerdem können weitere verformte Abschnitte hinzugefügt werden, falls dies erforderlich ist. Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß eine Verformung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, die auch V-förmig sein kann, ausreichend ist, um die Längen­ änderungen aufzunehmen und die angestrebte Elastizität des Leiters 1 zu erzielen.

Um sicherzustellen, daß das an der Anschlußfläche 10 des Kontaktschuhs 4 angelötete Ende 11 des Leiters 1 mit Lot 19 umgeben ist, so daß eine sichere und haltbare Verlö­ tung erfolgt, wird auf der Oberseite der Anschlußfläche 10, die zu dem Leiter 1 hin gewandt ist und auf der der Leiter 1 aufliegt, ein punkt- oder noppenartiger Vorsprung 14 vorgesehen, wie die Fig. 3 zeigt. Hierdurch verbleibt auf der Unterseite des Leiters 1 ein Freiraum 15, der mit Lotmaterial 19 gefüllt ist. Weiterhin ist in der Ausführungsform der Fig. 3 eine Sichtöffnung 16 gebildet, die eine Prüfung ermöglicht, ob ausreichend Lot 19 in den Freiraum 15 geflossen ist; falls die Sichtöffnung 16 mit Lot 19 spielfrei gefüllt ist, was durch eine visuelle Prüfung erfolgen kann, ist davon auszugehen, daß eine sichere Befestigung des Leiters 1 erzielt ist.

Der Leiter 1 kann aus einem im Querschnitt runden Material gefertigt werden, vorzugs­ weise ein Federstahlmaterial, das auch bei Temperaturbelastung die Federeigenschaften beibehält, wie z. B. Kupfer, Cobalt, Beryllium etc. Andere Querschnittsformen sind auch denkbar, sind dann allerdings abhängig von der Bewegungsrichtung.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß zum einen während des normalen, störungsfreien Betriebs das Lot 19 der Lötstelle 5 sicher den Leiter 1 an der Anschlußstelle halten muß, zum anderen im Störungsfall eine möglichst rasche Freigabe des Endes 10 des Leiters 1 von der Kontaktfläche 10 gegeben sein. Dies bedeutet, daß das Lot 19 zum einen auf niedriger Temperatur während des normalen Betriebs gehalten werden muß, während im Störungsfall das Lot 19 schnell geschmolzen werden muß. Um dies zu erreichen, kann der Leiter 1 auch direkt auf die Anschlußstelle 10 ohne Zwischeneinbettung von Lot 19 gelötet werden. Weiterhin kann diese Dynamik durch ein Wärmeableitblech 17 unterhalb des Anschlußbolzens 7 des Heizstabs 8, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, eingestellt werden. Im Dauerbetrieb erwärmt sich das ganze Wärmeableitblech 17 und leitet Wärme an die Umgebung ab. Dadurch wird die Tempera­ tur des Lots 19 niedrig gehalten. Im Fehlerfall steigt die Temperatur dennoch im Bereich der Lötstelle 5 stark an, so daß die Freigabe des zu der Lötstelle 5 hin vorgespannten Leiters 1 durch Schmelzen des Lots 19 erfolgt. Durch eine geeignete Querschnittswahl des Wärmeableitblechs 17, die sich auch in seiner Längserstreckung ändern kann, kann die Dynamik eingestellt werden.

In den Fig. 4 und 5 ist der Kontaktschuh 4, wie ihn die Fig. 1 bis 3 zeigen, nicht vorgesehen, allerdings kann das Wärmeableitblech 17 auch in Verbindung mit einem solchen Kontaktschuh 4, wie er in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, eingesetzt werden. In einem solchen Fall wird dann das Wärmeableitblech 17 bevorzugt im unteren Bereich 6 des Lots 19 integriert.

Claims (8)

1. Sicherheitseinrichtung für ein Wärmegerät, insbesondere für ein Gerät mit einem Durchlauferhitzer, mit einem Strom führenden Leiter (1), der unter einer mecha­ nischen Vorspannung stehend an einer ersten Anschlußstelle (2) eingespannt gehalten ist und mit seinem freien Ende (11) an einer zweiten Anschlußstelle (10) verlötet ist, wobei sich der Leiter (1) unter Lösen der Lötstelle (5) aufgrund der Vorspannung von der zweiten Anschlußstelle (10) wegbewegt und damit eine Unterbrechung der Stromleitung zwischen der Anschlußstelle (10) und dem Leiter (1) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) mindestens einen verformten Abschnitt (8; 13) aufweist, der federnd nachgiebig eine Abstandsänderung zwischen den zwei Anschlußstellen (2, 10) aufnimmt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt U- oder halbkreisförmig (8) geformt ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt W- oder zickzackförmig (13) geformt ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt (8, 13) derart geformt ist, daß in eingespanntem Zustand an der ersten Anschlußstelle (2), allerdings nicht mit der zweiten An­ schlußstelle (10) verlötet, die beiden durch den verformten Abschnitt (8, 13) unterteilten Teile des Leiters (1) unter einem Winkel zueinander verlaufen, so daß der freie Teil (11) von der zweiten Anschlußstelle (10) beabstandet ist.

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlußstelle (10) eine punkt- oder linienförmige Auflage (14), die durch die Anschlußstelle (10) gebildet ist, für den Leiter (1) aufweist.

6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Auflage durch einen Stift oder einen noppenartigen Vor­ sprung (14) der zweiten Anschlußstelle (10) gebildet ist.

7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlußstelle (10) eine Sichtöffnung (16) aufweist.

8. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstelle, die mit dem zu schützenden, sich erwärmenden Bauteil verbunden ist, ein Wärmeableitblech (17) aufweist.