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Die
Erfindung betrifft eine Strahlungsheizeinrichtung für eine Kochstelle
mit einem Heizelement in einem Innenraum und einem Bimetallschalter
sowie einem Wärmeleitstück, welches
mit dem Bimetallschalter in wärmeleitender
Verbindung steht und in den Innenraum ragt.
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Eine
derartige Strahlungsheizeinrichtung ist in der
DE 196 38 517 A1 beschrieben.
Durch das Wärmeleitstück ist dort
der vom Heizelement beheizte Innenraum indirekt an den Bimetallschalter
thermisch angekoppelt. Gegen Wärmestrahlung
ist der Bimetallschalter abgeschirmt. Das Wärmeleitstück kann einstückig mit
einer Grundplatte des Bimetallschalters ausgebildet oder als separates
Teil an dieser befestigt sein.
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Bei
einer anderen Ausführung
ist zur direkten thermischen Ankopplung des Bimetallschalters an den
Innenraum in einem thermisch isolierenden Ringrand der Einrichtung
eine Durchbrechung vorgesehen. Durch diese trifft vom Heizelement
ausgehende Wärmestrahlung
direkt auf die Grundplatte des Bimetallschalters. Für eine noch
direktere Ankopplung kann die Grundplatte im Bereich der Bimetallscheibe des
Bimetallschalters eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Ein Wärmeleitstück ist in
diesem Fall nicht vorgesehen.
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In
der
EP 0 021 107 B1 ist
eine Strahlungsheizeinrichtung beschrieben, bei der ein Temperaturfühler sowohl
an die Beheizung als auch an die Temperatur der Glaskeramikplatte
angekoppelt ist. Hierfür
ist ein Wärmeübertragungselement
vorgesehen, das zumindest teilweise an der Unterseite der Kochfläche flächig anliegt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Strahlungsheizeinrichtung der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, bei dem die thermische Kopplung zwischen
dem Innenraum und dem Bimetallschalter derart verbessert ist, daß die Reaktionszeiten,
in denen der Bimetallschalter auf die Temperatur des Innenraums
anspricht, möglichst
kurz sind.
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Erfindungsgemäß ist obige
Aufgabe dadurch gelöst,
daß das
Wärmeleitstück mehrere
vom Bimetallschalter in den Innenraum ragende Reaktionsflächen aufweist
und wenigstens eine der Reaktionsflächen derart angeordnet ist,
daß sie
Strahlungswärme des
Heizelements aufnimmt und diese auf den Bimetallschalter reflektiert.
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Dadurch
ist erreicht, daß die
Temperaturbeeinflussung des Bimetallschalters nicht nur durch Wärmeleitung
aus dem Innenraum über
die Reaktionsflächen,
sondern auch durch reflektierte Wärmestrahlung erfolgt. Dies
hat ein gewünschtes
schnelles Ansprechen des Bimetallschalters zur Folge.
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Da
eine Mehrzahl von Reaktionsflächen
vorgesehen ist, die sich vom Innenraum zum Bimetallschalter erstrecken,
ist durch Auswahl deren Geometrie, gegenseitiger Lage, Masse und
Material eine Anpassung des Wärmeleitstücks an den
jeweiligen Strahlungsheizertyp und den jeweiligen Bimetallschaltertyp
in der Weise leicht möglich,
daß sich
die gewünschte
thermische Kopplung ergibt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist eine Grundplatte des
Bimetallschalters im Bereich einer Bimetallscheibe des Bimetallschalters eine Öffnung derart
auf, daß die
Bimetallscheibe zum Innenraum offen liegt und die reflektierte Strahlungswärme aufnimmt.
Dadurch ist die thermische Ankopplung der Bimetallscheibe weiter
verbessert.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmeleitblech als separates
Bauteil an der Grundplatte wärmeleitend
befestigt oder mittels der Grundplatte an der Bimetallscheibe wärmeleitend
befestigt. Die Gestaltungsmöglichkeit
des Wärmeleitstücks ist
damit unabhängig
von der Grundplatte. Das Wärmeleitstück kann
hinsichtlich der Geometrie, Wandstärke und Materialauswahl im
Hinblick auf die gewünschte Wärmeankopplung
besser gestaltet werden, als wenn das Wärmeleitstück lediglich eine Anformung der
Grundplatte (vgl.
DE
196 38 517 A1 ) wäre.
Die wärmeleitende
Befestigung des Wärmeleitstücks an der
Bimetallscheibe hat den Vorteil, daß dadurch das Wärmeleitstück unter
Umgehung der Grundplatte direkt mit der Grundplatte kontaktiert
ist. Die Bimetallscheibe selbst spricht dadurch auf die Temperatur des
Wärmeleitstücks schneller
an, als wenn die Grundplatte thermisch zwischen dem Wärmeleitstück und der
Bimetallscheibe liegt.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Reaktionsflächen einstückig mit
der Bimetallscheibe ausgebildet. In diesem Fall ist die direkteste
thermische Kopplung der Reaktionsflächen mit der Bimetallscheibe
gegeben.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen
und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Strahlungsheizeinrichtung für eine
Kochstelle im Schnitt, wobei hier der Bimetallschalter nicht dargestellt
ist,
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2 einen
Teilschnitt der Strahlungsheizeinrichtung mit Bimetallschalter und
Wärmeleitstück, gegenüber 1 vergrößert,
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3 einen
Teilschnitt des Bimetallschalters mit eingeklemmten Wärmeleitstück,
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4 eine
Aufsicht nach 3, dieser gegenüber verkleinert,
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5a einen
ebenen Zuschnitt des Wärmeleitstücks in Aufsicht,
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5b den
Zuschnitt in Seitenansicht, gebogen,
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6 eine
Seitenansicht eines Doppel-Bimetallschalters, wobei die Reaktionsflächen an
der Bimetallscheibe ausgebildet sind,
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7 eine
Aufsicht der 6,
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8a einen
ebenen Zuschnitt einer Bimtellscheibe mit angeformten Reaktionsflächen in
Aufsicht,
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8b den
Zuschnitt nach 8a in Aufsicht mit umgebogenen
Reaktionsflächen,
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8c den
Zuschnitt nach 8b in Seitenansicht,
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9 eine 2 entsprechende
Ansicht einer weiteren Ausführung
des Wärmeleitstücks,
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10 eine
Aufsicht auf einen Doppel-Bimetallschalter nach 9,
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11 eine
Alternative zu 9,
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12 eine
Aufsicht zu 11 und
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13 eine
Teilansicht einer weiteren Ausgestaltung.
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Eine
Strahlungsheizeinrichtung weist in einer metallischen Schale 1 eine
eingepreßte
Isolierlage 2 aus keramischem Material auf. An der Isolierlage 2 sind
ein hochstehender Ringrand 3 und ein hochstehender diagonaler
Steg 4 ausgebildet. Auf diesen ist auf einem Träger 5 ein
elektrisches Heizelement 6 gelagert, das beispielsweise
von einer gestanzten metallischen Widerstandsfolie gebildet ist.
Auf dem Ringrand 3 sitzt ein Ring 7 aus keramischem
Isoliermaterial, der im Einbauzustand von unten an einer Glaskeramikplatte 8 anliegt.
Es besteht dabei ein Innenraum 9, in dem das Heizelement 6 liegt
(vgl. 1).
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An
einer Umfangsstelle der Schale 1 ist ein Bimetallschalter 10 befestigt,
der ein Doppel-Bimetellschalter sein kann. Der Bimetallschalter 10 weist eine
Bimetallscheibe 11 auf, die mittels einer Grundplatte 12 an
einem Grundkörper 13 gehalten
ist. Im Bereich der Bimetallscheibe 11 ist die Grundplatte 12 mit
einer Öffnung 14 versehen.
Im Grundkörper 13 ist ein
Stößel 15 verschieblich
gelagert, der mit Schaltkontakten 16 zusammenwirkt, welche
mit Kontaktfahnen 17 verbunden sind (vgl. 2).
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Der
Bimetallschalter 10 dient der Unterbrechung des Stromflusses
zum Heizelement 6, wenn im Innenraum 9 bzw. an
der Glaskeramikplatte 8 eine Übertemperatur erreicht ist.
Ist ein Doppel-Bimetallschalter vorgesehen, dann dient der zweite
Schalter für
die Resttemperaturanzeige.
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Um
die Wärme
des Innenraums 9 und Strahlungswärme des Heizelements 6 auf
die Bimetallscheibe 11 zu übertragen, ist ein Wärmeleitstück 18 vorgesehen,
das mehrere Reaktionsflächen 19 aufweist,
welche jeweils von der Grundplatte 12 bzw. der Bimetallscheibe 11 in
den Innenraum 9 ragen. Das Wärmeleitstück 18 bzw. die Reaktionsflächen 19 sind nicht
einstückige
Anformungen der Grundplatte 12 und können deshalb eine wesentlich
kleinere Wandstärke
als die Grundplatte 12 aufweisen. Für eine schnelle übertragung
der Wärme
aus dem Innenraum 9 auf die Bimetallscheibe 11 weisen
die Reaktionsflächen 19 bzw.
das Wärmeleitstück 18 eine
geringe Eigenmasse bei großer
der Wärme
ausgesetzter Fläche
auf und bestehen aus einem gut wärmeleitenden
Material. Die diesbezügliche
Bemessung des Wärmeleitstücks 18 bzw.
der der Grundflächen 19 läßt sich
so gestalten, daß bei
unterschiedlichen Typen von Strahlungsheizeinrichtungen und Bimetallschaltern
jeweils die gewünschte
enge thermische Kopplung besteht. Die Reaktionsflächen 19 leiten
die Wärme
nicht nur durch Wärmeleitung
auf die Bimetallscheibe 11. Die Reaktionsflächen 19 nehmen
teilweise auch die Strahlungswärme
des Heizelements 6 auf und reflektieren diese durch entsprechende
geometrische Anordnung durch die Öffnung 14 direkt auf
die Bimetallscheibe 11. Dadurch verkürzen sich die Reaktionszeiten
erheblich. In den 2, 9 und 11 ist
die Wärmereflektion
durch strichpunktierte Pfeile W angedeutet.
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Das
Wärmeleitstück 18 nach
den 3 bis 5 ist ein separates,
einstückiges
Bauteil, das aus einem Trägerring 20 mit
mehreren Reaktionsflächen 19 und mehreren
Befestigungslaschen 21 besteht. Das Wärmeleitstück 18 ist als ebener
Zuschnitt aus einem entsprechenden Blech hergestellt (vgl. 5a).
Die Reaktionsflächen 19 sind
in einem Winkel zwischen 0 und 120° hochgebogen, so daß das Wärmeleitstück 18 etwa
kronenförmig
ist. Die Befestigungslaschen 21 sind umgebogen (vgl. 5b).
Das Wärmeleitstück 18 ist
am Rand der Öffnung 14 mittels
der Befestigungslaschen 21 gehalten. Hierfür kann eine bajonettartige
Verbindung vorgesehen sein. Die Befestigungslaschen 21 sind
von der Grundplatte 12 direkt auf die Bimetallscheibe 11 gedrückt und
bilden damit Wärme-Einleitstellen
für die
wärmeleitende
Ankopplung. Wenigstens eine der Reaktionsflächen 19 reflektiert
Strahlungswärme
vom Heizelement 6 durch den Trägerring 20 und die Öffnung 14 hindurch auf
die Bimetallscheibe 11. Die massive Grundplatte 12 führt höchstens
zu einer geringen Temperaturverschleppung.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach den 6 bis 8 sind
das Wärmeleitstück 18 und
die Bimetallscheibe 11 einstückig aus einem Zuschnitt (vgl. 8a)
hergestellt. Zwischen der Bimetallscheibe 11 und den an
sie angeformten Reaktionsflächen 19 bestehen
Einschnürungen 22,
um die die Reaktionsflächen 19 gegenüber der
Bimetallscheibe 11 um einen Winkel zwischen 0 bis 120° hachgebogen
sind (vgl. 8b und 8c). Dort
sind alle Reaktionsflächen 19 um
den gleichen Winkel (90°)
hochgebogen gezeigt. Dies ist jedoch nicht notwendig. Vielmehr können einzelne
Reaktionsflächen 19 nicht
oder mehr oder weniger als andere Reaktionsflächen 19 hochgebogen
sein. Damit ist eine Anpassung der Reaktionsflächen 19 an die jeweiligen
Gegebenheiten möglich.
Dies gilt auch für
die Ausführung
nach den 3 bis 5.
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Über die
Einschnürungen 22 wird
die von den Reaktionsflächen 19 aufgenommene
Wärme direkt
in die Bimetallscheibe 11 geleitet. Die Einschnürungen 22 dienen
dabei zugleich der Befestigung der Bimetallscheibe 11 und
damit der Reaktionsflächen 19 am
Bimetallschalter 10. Die Befestigung kann durch einen bajonettartigen
Verschluß erfolgen.
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In
den 6 und 7 ist ein Doppel-Bimetallschalter
gezeigt. Bei diesem sind an einer gemeinsamen, an der Schale 1 befestigbaren
Grundplatte zwei Bimetallscheiben 11 mit Reaktionsflächen 19 vorgesehen,
wobei jeder Bimetallscheibe 11 eigene Schaltkontakte und
eigene Kontaktfahnen 17 zugeordnet sind. Der eine Bimetallschalter
arbeitet als übertemperaturbegrenzer.
Der andere Bimetallschalter dient der Steuerung der Restwärmeanzeige.
Diese Anordnung kann auch beim Ausführungsbeispiel nach den 3 bis 5 vorgesehen sein. Auch die 10 und 12 zeigen
einen solchen Doppel-Bimetallschalter.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 9 und 10 und beim Ausführungsbeispiel
nach den 11 und 12 ist
das Wärmeleitstück 18 etwa schaufelförmig gestaltet.
Es weist eine Grund-Reaktionsfläche 23 und
zwei etwa im rechten Winkel zu dieser stehende Seiten-Reaktionsflächen 24 auf.
Insbesondere über
die Grund-Reaktionsfläche 23 wird Strahlungswärme durch
die Öffnung 14 der
Grundplatte 12 auf die Bimetallscheiben 11 reflektiert.
Das Wärmeleitstück 18 ist
beiden Bimetallscheiben 11 gemeinsam, so daß für den Doppel-Bimetallschalter 10 nur
ein Wärmeleitstück 18 erforderlich
ist. Das Wärmeleitstück 18 kann
an der Grundplatte 12 befestigt sein.
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Bei
der Ausführung
nach den 11,12 sind
am Wärmeleitstück 18 gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
nach den 9, 10 zusätzliche, abgewinkelte
Reaktionsflächen 25, 26 gestaltet.
Die Reaktionsfläche 25 ragt
oberhalb des Heizelements 6 in den Innenraum 9.
Sie endet also zwischen dem Heizelement 6 und der Glaskeramikplatte 8.
Die Reaktionsfläche 26 ragt
wie die Reaktionsflächen 23, 24 unterhalb
des Heizelements 6 in den Innenraum 9, liegt jedoch
tiefer und erstreckt sich weiter ins Innere als diese.
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Die
zusätzlichen
Reaktionsflächen 25, 26 verbessern
im Bedarfsfall die Wärmeübertragung
auf die Bimetallscheiben 11. Es ist auch möglich, nur
die obere zusätzliche Reaktionsfläche 25 oder
die untere zusätzliche
Reaktionsfläche 26 vorzusehen.
Insgesamt ist es also möglich,
die Temperatur nicht nur unterhalb des Heizelements 6,
sondern auch die Temperatur oberhalb des Heizelements 6 zu
erfassen. Dies ist günstig,
weil die Temperatur oberhalb des Heizelements 6 auch von
dem auf die Glaskeramikplatte 8 aufgesetzten Kochgeschirr
abhängt.
Damit werden auch Wärmeeinflüsse berücksichtigt,
die oberhalb des Heizelements 6 beim Ankochen entstehen.
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Die
Masse des Wärmeleitstücks 18 soll
möglichst
klein sein, damit das Wärmeleitstück 18 nur
wenig Wärmeenergie
speichert. Eine große
Masse würde
den Schaltvorgang verzögern,
d.h. die Schalthysterese erhöhen,
wogegen eine kleine Schalthysterese erwünscht ist. Die Wärmeabsorptionsfläche des Wärmeleitstücks 18 soll
möglichst
groß sein,
damit es möglichst
viel Wärmeenergie
aufnimmt. Das Verhältnis
der Absorptionsfläche,
also die Flächensumme
der Reaktionsflächen 19 bzw. 23, 24 bzw. 23, 24, 25, 26,
in cm2 zur Masse des Wärmeleitstücks 18 in g beträgt wenigstens
1:1,5 und ist vorzugsweise größer 1:2.
Zur Verbesserung des Absorptionsverhaltens kann zusätzlich eine
an sich bekannte Schwärzung
vorgesehen sein.
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Das
Wärmeleitstück 18 ragt
in den Innenraum 9, speziell in eine Raumzone 27 des
Innenraums 9, die von der Glaskeramikplatte 8 aus
gesehen unterhalb des Heizelements 6 liegt. Diese Raumzone 27 ist
durch das Heizelement 6 zum Innenraum 9 im übrigen offen.
Das Volumen und die Gestalt der Raumzone 27 beeinflußt das Schaltverhalten.
Die Raumzone 27 ist hinreichend groß gestaltet, um eine ausreichende
Wärmekonvektion
von dem Innenraum 9, soweit er oberhalb des Heizelements 6 liegt,
in sie zu gewährleisten.
Sie ist auch ausreichend groß,
um die genannte Wärmereflexion
von den Reaktionsflächen 19 auf
die Bimetallscheibe 11 zu gewährleisten. Die Raumzone 27 ist
durch eine geschwungene Schräge 28 in
der Isolierlage 2 gestaltet, die die Wärmekonvektion begünstigt und
in eine Bodenfläche 29 der
Isolierlage 2 übergeht.
Die Raumzone 27 hat beispielsweise ein Volumen von wenigstens
etwa 10 cm3. Die Bodenfläche 29 hat einen Abstand
a von wenigstens 2 mm von der Bimetallscheibe 11. Die Raumzone 27 erstreckt
sich auf eine Länge
L, gemessen von der Bimetallscheibe 11 bis zur Mitte der Schräge 28 um
mindestens 15 mm und damit deutlich unter das Heizelement 6 (vgl. 2).
Damit gewährleistet
die Raumzone 27 die gewünschte
thermische Ankopplung.
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Die
Raumzone 27 schließt
sich einseitig an den Steg 4 an. Da dieser der Lagerung
des Heizelements 6 dient, kann er nicht beliebig verkürzt werden. Um
dennoch die Raumzone 27 möglichst groß zu gestalten, sind an der
Isolierlage 2 etwa kanalförmige Vertiefungen 30 gestaltet,
die das Volumen der Raumzone 27 vergrößern (vgl. 13).
Dadurch sind Streuungen der Schalttemperaturen der Bimetallschalter 10 deutlich
reduziert, nämlich
solche Streuungen, die darauf beruhen, daß zwangsläufig bestehende Höhentoleranzen
der Isolierlage 2 und des Ringes 7 zu unterschiedlicher
Lage des Heizelements 6 bei vergleichsweise mit wenig hoher
Toleranzen behafteter Einbaulage des Bimetallschalters 10 beruhen.
Die kanalförmigen
Vertiefungen 30 gewährleisten
auch in einem schlechten Toleranzfall eine ausreichende Wärmekonvektion
und Wärmereflexion
auf bzw. über
das Wärmeleitstück 10 und
damit die Bimetallscheibe 11.