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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement mit einer insbesondere
runden Widerstandsscheibe, an deren beiden gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils
ein elektrischer Kontakt vorgesehen ist, sowie einen Thermoantrieb
mit einem solchen Heizelement.
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Ein
derartiges Heizelement ist beispielsweise durch den PTC-Thermistor
U0046-P2342 der
Firma EPCOS AG oder den PTC-Thermistor YS6593 der Fa. GE Thermometrics
bekannt geworden.
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Diese
bekannten Heizelemente bestehen aus einer runden Widerstandsscheibe,
auf deren beiden Stirnflächen
Kontaktflächen
metallisiert sind. Diese Kontaktflächen erstrecken sich bei den
EPCOS-Heizelementen bis zum Scheibenrand, während sie bei den GE-Heizelementen
0,1 mm vor dem Scheibenrand enden. Die übliche Dicke der Widerstandsscheibe
beträgt
2 mm. Durch Anlegen einer 230V-Netzspannung an die beiden Kontaktflächen erwärmt sich
die Widerstandsscheibe. Da es immer wieder zu Zerstörungen von
Widerstandsscheiben gekommen ist, sind beide Hersteller dazu übergegangen,
auch Widerstandsscheiben mit einer Dicke von 3mm für 230V-Netzspannung
anzubieten. Allerdings hat sich herausgestellt, dass diese 3mm dicke Widerstandsscheibe
zwar schon besser als die standardmäßig verwendete 2mm Widerstandsscheibe ist,
aber immer noch Zerstörungen
auftreten.
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Die
bekannten Heizelemente werden beispielsweise in so genannten Stellmotoren,
auch Thermoantriebe genannt, verwendet. Bei einem solchen, z.B.
aus der
DE 101 12
703 C1 bekannten Thermoantrieb, ist das Heizelement zwischen
zwei elektrischen Anschlussplatten angeordnet, welche die beiden
Kontaktflächen
des Heizelements kontaktieren. Liegt Spannung an den beiden Anschlussplatten
und damit am Heizelement an, erwärmt
sich dieses und gibt die Wärme
auch an ein benachbart angeordnetes Dehnstoffelement weiter. Das
erwärmte Dehnstoffelement
oder ein damit bewegungsgekoppeltes Stellelement führt dann
die gewünschte
Hubbewegung des Thermoantriebs durch.
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Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Heizelement
der eingangs genannten Art Zerstörungen
wirksam zu verhindern und einen verbesserten Thermoantrieb bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Mantelfläche
der Widerstandsscheibe mit einer elektrischen Isolierschicht abgedeckt
ist.
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Durch
aufwändige
Versuche wurde erfindungsgemäß herausgefunden,
dass die Zerstörung der
Widerstandsscheibe durch Spannungsüberschläge verursacht werden, die außen zwischen
dem stirnseitigen elektrischen Kontakt und der Mantelfläche des
Widerstandsscheibe auftreten. Mit der auf der gesamten Mantelfläche vorgesehenen
erfindungsgemäßen Isolationsschicht
sind solche Spannungsüberschläge, wie
Versuche bestätigt
haben, wirksam verhindert und damit eine Zerstörung der Heizscheibe durch
Hochspannung nicht mehr möglich.
Die Verwendung von 3mm starken Heizscheiben ist nicht mehr erforderlich,
was zu Materialeinsparung führt.
Außerdem
kann auf Varistoren zum Schutz gegen Überspannung verzichtet werden.
Die Widerstandsscheibe kann jedweden Querschnitt haben, wobei eine
kreisrunde Widerstandscheibe bevorzugt ist.
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Isolierschicht
eine von außen
aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht oder eine durch Oxidieren
der Mantelfläche
der Widerstandsscheibe gebildete elektrisch isolierende Oxidationsschicht.
Die Herstellung der Isolierschicht ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern
kann durch jedes bekannte Isolierungsverfahren hergestellt werden.
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Die
elektrischen Kontakte sind bevorzugt auf der Widerstandsscheibe
metallisiert und insbesondere als Kontaktflächen ausgebildet, die sich
bis an den Scheibenrand erstrecken oder davon beabstandet enden.
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Die
oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch einen Thermoantrieb
mit einem wie oben beschriebenen Heizelement, mit einem mittels
des elektrischen Heizelements beheizbaren Dehnstoff und mit einem
vom Dehnstoff angetriebenen Stellelement. Vorzugsweise ist dabei
das Heizelement zwischen zwei seine elektrischen Kontakte kontaktierenden
Anschlussplatten angeordnet.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können
die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale
je für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die
gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 das erfindungsgemäße Heizelement in
einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht (1a) und in einer Draufsicht (1b); und
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2 einen Heizkreisventil-Stellantrieb
mit dem in 1 gezeigten
Heizelement.
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Das
in 1 gezeigte Heizelement 5 weist eine
kreisrunde Widerstandsscheibe 51 auf, an deren beiden gegenüberliegenden
Stirnseiten jeweils ein elektrischer Kontakt 52 in Form
einer kreisrunden Kontaktfläche
metallisiert ist. Die Mantelfläche 53 der Widerstandsscheibe 51 ist
mit einer elektrischen Isolierschicht 54 abgedeckt, um
Spannungsüberschläge, die
ansonsten außen
zwischen einem elektrischen Kontakt 52 und der Mantelfläche 53 auftreten können, zu
verhindern. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die elektrischen Kontakte 52 nicht bis
ganz an die Mantelfläche 53,
sondern sind vom Scheibenrand ca. 0,1mm beabstandet, um dadurch
Spannungsüberschläge zwischen
elektrischem Kontakt 52 und Mantelfläche 53 zusätzlich zu verhindern.
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Die
in 2 insgesamt mit 1
bezeichnete Heizkreisventil-Stellvorrichtung umfasst ein Außengehäuse 2,
das mittels einer Überwurfmutter 3 an
einem Gewinde des Heizkreisventils oder eines anderen Ventils befestigbar
ist. Im Außengehäuse 2 ist
ein Thermoantrieb 4 befestigt, der einen mittels des elektrischen
Heizelements 5 beheizbaren Dehnstoff 6 und einen
Arbeitskolben 7 umfasst. Der Arbeitskolben 7 greift
an einem mit einem Ventilstößel des Heizkreisventils
zusammenwirkenden Stellelement 8 an, das aus zwei Teilen 9, 10 zusammengesetzt
ist. Das Stellelement 8 ist in einem Führungsabschnitt 11 des
Außengehäuses 2 gegen
die Wirkung einer anderenends am Außengehäuse 2 abgestützten Rückstellfeder 12 verschiebbar
gelagert. Mittels einer Dichtung 13 ist das Stellelement 8 gegen
den Führungsabschnitt 11 spritzwassergeschützt abgedichtet.
Das Außengehäuse 2 hat
im Bereich des Stellelements 8 ein transparentes Fenster 14 und
diesem gegenüberliegend
eine mittels einer Dichtung 15 abgedichtete Kabeldurchführung für ein elektrisches Kabel 16 des
Heizelements 5. Das Heizelement 5 ist zwischen
zwei seine elektrischen Kontakte 52 kontaktierenden Anschlussplatten 16a angeordnet,
an die das Kabel 16 angeschlossen ist.
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Das
Außengehäuse 2 besteht
aus einem durch Aufrauen seiner Oberfläche und aufgrund seiner Wandstärke undurchsichtigen
transluzenten Material, wobei zur Ausbildung des Fensters 14 das
Außengehäuse 2 im
Bereich des Fensters 14 eine die Durchsicht ermöglichende
verringerte Rauigkeit und verringerte Wandstärke aufweist. Im Innenraum 17 des
Außengehäuses 2 und
möglichst
nah an der Wand des Außengehäuses 2 ist
noch eine Lichtquelle 18 (z.B. LED oder Glimmlampe) angeordnet,
die an den Stromkreis des Heizelements 5 angeschlossen
ist. Durch das transluszente Außengehäuse 2 ist die
Lichtquelle 18, wenn sie leuchtet, durch den Benutzer von
außen
sichtbar.
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Bei
bestromtem Heizelement 5 leuchtet die Lichtquelle 18,
und der Dehnstoff 6 wird durch das Heizelement 5 erwärmt. Dadurch
fährt der
Arbeitskolben 7 aus, wodurch das Stellelement 8 gegen
die Wirkung der Rückstellfeder 12 mitgenommen
und das Heizkreisventil betätigt
wird. Durch das transparente Fenster 14 ist die jeweilige
Stellung des Stellelements 8 von außen sichtbar. Die Lichtquelle 18 erlaubt
eine schnelle Fehlerdiagnose, da sich von außen sofort erkennen lässt, ob
am Heizelement 5 Spannung anliegt. Da der Thermoantrieb 4 wegen der
Beheizung des Dehnstoffes 6 sehr träge ist, vergehen mehrere Minuten,
bis eine Verstellung des Stellelements 8 durch das Fenster 14 sichtbar
wird. Kommt es trotz leuchtender Lichtquelle 18 nicht zu
einem Hub des Stellelements 8, so liegt ein Defekt am Thermoantrieb 4 bzw.
am Stellelement 8 vor.