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Ausdehnungsstab Die Erfindung betrifft einen Ausdehnungsstab mit
elektrischer Beheizung zur Einwirkung auf Schaltgeräte, insbesondere für taktende
Energieregler.
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Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 765 215 ist ein Ausdehnungsstab
bekannt geworden, der über einen Winkelhebel auf einen elektrischen Schnappschalter
einwirken kann. Dieser besteht aus einem Stab aus einem Material mit einem relativ
hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, um das eine Hülse aus Widerstandsmaterial-bzw.,
unter
Zwischenschaltung einer elektrischen Isolierung, eine elektrische
Heizwicklung gelegt ist. Der Ausdehnungsstab wirkt über in die Enden eingepreßte
Kugeln auf die Übertragungshebel ein. Derartige Ausdehnungsstäbe haben Bimetallen
gegenüber den Vorteil einer großen Steifigkeit und einer sehr großen Betätigungskraft
bei allerdings sehr kleinen Ausdehnungswegen. In ihrer Herstellung und insbesondere
in der Anbringung der elektrischen Beheizung werfen sie jedoch Probleme auf. Eine
Beheizung, die auf der Oberfläche des Ausdehnungsstabes angebracht ist, strahlt
bei seiner Beheizung mit mehr als der Hälfte der Fläche nach außen, so daß diese
Energie nicht zur Beheizung des Stabes wirksam wird. Bei einer Heizwicklung mit
untergelegter elektrischer Isolation behindert diese zwischengelegte elektrische
Isolation auch den Wärmeübergang. Außerdem haben die in Form von Hülsen oder Wicklungen
auf der Oberfläche des Ausdehnungsstabes angebrachten Heizwiderstände die Eigenschaft,
bei der Beheizung regen ihrer größeren Ausdehnung unter der erhöhten Temperatur
von der Oberfläche des Ausdehnungsstabes abzuheben, so daß eine Kontaktwärmeübertragung
nicht mehr zustande kommt. Der Erfolg ist, daß diese Ausdehnungsstäbe eine relativ
große Energie zu ihrer Beheizung benötigen und vor allem der Beheizung nicht mit
der nötigen Unmittelbarkeit in ihrer Ausdehnung folgen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ausdehnungsstab der eingangs
ervähnten Art zu schaffen, der bei einfacher, möglichst weitgehend maschineller
Herstellung eine einfache und problemlose sowie unmittelbare Beheizung des Ausdehnungsmaterials
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ausdehnungsstab
einen langgestreckten, rohrförmigen, metallischen
Mantel und einen
in diesem in einer Isoliermasse eingebetteten stromdurchflossenen Widerstandsdraht
besitzt.
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Ein solcher Ausdehnungsstab hat nicht nur eine sehr große Festigkeit,
sondern auch ideale Eigenschaften bezüglich seiner Beheizung. Die bei der Beheizung
freigesetzte Wärme kommt von innen her und wird daher erst dann nach außen abgegeben,
wenn der gesamte Ausdehnungsstab aufgeheizt ist.
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Vorteilhaft ist der Ausdehnungsstab aus einem Rohrheizkörper mit an
seinen Enden freigelegtem Widerstandsdraht hergestellt.
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Im Gegensatz zu üblichen Rohrheizkörpern sollte jedoch der Widerstandsdraht
gerade und ungewendelt sein. Dies ermöglicht unter anderem auch geringste Abmessungen
des Ausdehnungsstabes. Die Dicke dieses Ausdehnungsstabes kann in der Größenordnung
von 3 mm liegen, so daß bei ausreichender Steifigkeit, jedoch geringster Energieaufnahme
ein räumlich kleinbauender Ausdehnungsstab geschaffen wird, der auch geringe Abmessungen
des Gerätes ermöglicht, in das er eingebaut ist.
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Der Widerstandsdraht kann zur mechanischen Übertragung der Ausdehnungsbewegungen
ausgebildet sein. Da er von dem metallischen Mantel und der zwischenliegenden Isoliermasse
abgestützt ist, ist der Draht ausreichend steif, um auch relativ hohe Ausdehnungskräfte
aufzunehmen. Besonders vorteilhaft sind jedoch auf die Enden des Mantels Kappen
aufgesetzt, die zur mechanischen Übertragung der Ausdehnungsbewegung ausgebildet
sind.
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Aus den Kappen können die Enden des Widerstandsdrahtes bzw.
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seiner elektrischen Anschlüsse seitlich herausragen. Dadurch ist die
Beheizungsfunktion von der Übertragungsfunktion getrennt und der auf dem Ausdehnungsstab
lastende Druck wird unmittelbar von dem Mantel aufgenommen.
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Es ist ferner bevorzugt, daß der Widerstandsdraht von dem gesamten
Strom durchflossen ist, der dem an den Energieregler
angeschlossenen
Elektrogerät zugeführt wird. Durch diese Reihenschaltung des Heizwiderstandes ist
es möglich, den Widerstandsdraht relativ kräftig und kurz auszuführen.
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Das bringt Vorteile bezüglich des Anschlusses und ermöglicht es auch,
mit einem ungewendelten Draht und somit einem dünnen Ausdehnungsstab auszukommen.
Außerdem sind dabei die Spannungsdifferenzen auf beiden Seiten des Stabes so gering,
daß bezüglich der Isolierung beim Anschluß auf beiden Seiten keine große Mühe aufgewendet
werden muß. Bei der Differenzspannung, die kaum über ein Volt betragen wird, fließen
selbst bei einer punktuellen Berührung mit dem Mantel nur so geringe Ströme, daß
sie für die Wirkungsweise außer Betracht bleiben können.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und verden im folgenden näher
erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine vergrößerte Ansicht eines Ausdehnungsstabes nach
der Erfindung mit (geschnittenen) Halterungs- und Übertragungs teilen, Figur 2 ein
Detail des Ausdehnungsstabes im Längsschnitt nach der Linie II - II in Fig. 1, Figur
3 ein Detail eines abgewandelten Ausdehnungsstabes und Figur 4 ein Detail einer
weiteren Variante.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausdehnungsstab 44 besitzt einen
metallischen Mantel 60 aus rostfreiem Stahl, in dem mittig axial ein massiver, d.
h. ungewendelter Widerstandsdraht 61 aus einem üblichen Widerstandsmaterial angeordnet
ist.
Er ist in dem rohrförmigen Mantel 60 in einer mineralischen, isolierenden Einbettmasse
62 angeordnet, die sehr hochverdichtet ist, so daß/zwar gute elektrisch isolierende
Eigenschaften hat, jedoch eine ausreichende Wärmeübertragung ermöglicht. Bei dem
aus Mantel 60, Widerstandsdraht 61 und Einbettmasse 62 bestehenden Körper handelt
es sich um einen Abschnitt eines sehr dünnen Rohrheizkörpers mit ungewendeltem Widerstandsdraht,
der sehr einfach und in großen Längen serienmäßig hergestellt werden kann. Die Einbettmasse
ist dabei ein übliches Einbettmaterial, das bei der Herstellung des Rohrheizkörpers
als Scflüttgutmasse eingefüllt und dann hochverdichtet wird.
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Nach dem Ablängen des Rohrheizkörperabschnittes auf die spätere Heizdrahtlänge
wird der Widerstandsdraht an beiden Enden ein Stück durch Abschälen des Mantels
und der Einbettmasse freigelegt. Dort ist der Widerstandsdraht 61 mit einer Kontaktschelle
63 verschweißt, die ihrerseits mit einer Zuleitungslitze 55 elektrisch leitend verbunden
ist. Bei der Kontaktschelle 63 kann es sich um einen Blechstreifen handeln, der
um den Widerstandsdraht 61 und die Litze 55 herumgelegt und dann verlötet oder verschweißt
ist.
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Die Schelle 63 ragt seitlich von dem Ausdehnungsstab hinweg, und zwar
durch einen Schlitz 64 in einer rappe 65 hindurch.
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Die Kappe 65 hat eine Hutform und sitzt dementsprechend mit einer
Schulter 70 auf den äußeren Stirnflächen des Mantels auf. Die Kappe 65 bildet das
Auflager des Ausdehnungsstabes, mit dem er sich im dargestellten Beispiel zwischen
dem Betätigungspunkt 49 der Schnappfeder 48 eines nicht vollständig dargestellten
Schnappschalters und einer Justierschraube 43 abstützt, die in einen Übertragungshebel
33 eingeschraubt ist. Der Übertragungshebel 33 kann beispielsweise zu einem Einstellorgan
für die Leistungseinstellung eines
Energiereglers führen, während
der Schnappschalter dessen Schaltorgan ist.
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Damit der Ausdehnungsstab zwischen seinen Anlagepunkten, beispielsweise
der Justierschraube 43 und dem Betätigungspunkt 49, sicher geführt ist, ist er durch
Öffnungen 58 in Armen 57 einer Halterung 56 gesteckt, die den Ausdehnungsstab zwar
gegen seitliche Verschiebung führt, jedoch seine Längsbewegung gestattet. Die Halterung
56 ist durch herausgebogene abgevinkelte Lappen 71, die in Schlitze 72 des Schaltergehäuses
12 gesteckt sind, an diesem festgelegt.
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Die Halterung ist vorzugsweise bereits vor dem Aufbringen der Kappen,
d. h. schon bei der Herstellung des Ausdehnungsstabes, angebracht worden. Sie dient
dann auch zur Erleichterung der Handhabung des ja außerordentlich kleinen Ausdehnungsstabes,
dessen bevorzugte Länge für die Verwendung in einem Energieregler für eine Elektrokochplatte
in der Größenordnung zwischen 30 und 40 mm liegt. Bei einer Dicke in der Größenordnung
zwischen 3 und 4 mm ist ausreichende Steifigkeit gegeben und man kommt mit einer
sehr geringen Beheizung aus, die unter 5 W liegen kann. Wenn man bedenkt, daß bei
normalem Betrieb einer Elektrokochplatte der Ausdehnungsstab nur über einen relativ
geringen Zeitraum beheizt ist, nämlich nur, wenn die Kochplatte volle Leistung bekommt,
braucht der Energieregler nur sehr wenig Leistung, was sich auf seine Baugröße und
die Anforderungen, die an seinen Einbau zu stellen sind, vorteilhaft auswirkt.
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Die bevorzugte Beheizung in Reihenschaltung mit dem beheizten Elektrogerät
erlaubt es, mit relativ dicken und kurzen Widerstandsdrähten zu arbeiten. Außer
der vereinfachten Anschlußmöglichkeit an einem dicken Draht sind auch die Isolationsprobleme
vereinfacht, da die geringe Spannungsdifferenz von
weniger als 1
Volt zwischen beiden Seiten des Ausdehnungsstabes Kurzschlüsse nicht nur ungefährlich
macht, sondern auch weitgehend ausschließt. Wenn beispielsweise die Schelle 63 an
den Rändern des Schlitzes 64 der metallischen appe 65 durch eine Verdrehung Schluß
bekäme, so würde wahrscheinlich schon eine stets vorhandene Oxydhaut ausreichen,
um einen Stromfluß über den Mantel 60 zu unterbinden. Wenn man ganz sicher gehen
will, so kann durch einen einfachen Lacküberzug jede Gefahr eines elektrischen Schlusses
ausgeschaltet werden.
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In Fig. 3 ist ein Ausdehnungsstab dargestellt, der bei im übrigen
gleicher Ausbildung anstatt der Schelle 63 einen seitlich abgebogenen und durch
den Schlitz 64 der Kappe 65 herausgeführten Widerstandsdraht 61 besitzt.
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An diesem kann dann unmittelbar eine Anschlußlitze angebracht werden.
Obwohl bei dieser AusführungsPorm ein Teil, nämlich die Schelle 63, eingespart wird,
kann sich die Ausführung mit der Schelle trotzdem rentieren, da sich die Abbiegung
relativ schlecht maschinell und automatisch ausführen läßt.
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In Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die mechanische
Übertragung der Ausdehnungsbewegung nicht über den Mantel 60, sondern über den Widerstandsdraht
61 erfolgt, der über die Schelle 63 nach oben herausragt und dort an einem isolierenden
mechanischen tontaktstück 74 abgestützt ist.
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Hier wird die Kappe 65 eingespart, es ist jedoch dafür zu sorgen,
daß die Schnittkanten des Widerstandsdrahtes- sehr sauber sind, damit die Übertragung
der Kraft ohne Elastizitäten oder Nachgiebigkeiten erfolgt. Außerdem ist eine solche
Ausführung nur dann sinnvoll, wenn der Widerstandsdraht ausreichend stark ist. Dies
wird sicherlich nur bei größeren Leistungen des Elektrogerätes und relativ geringer
Spannung
der Fall sein. Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist daher
allgemeiner in ihrer Anvendungsueise, weil hier relativ einfach durch die Wahl eines
Widerstandsdrahtes mit anderem Durchmesser oder anderer Leitfähigkeit einfach eine
Anpassung an unterschiedliche Leistungen und Spannungen erfolgen kann, ohne daß
auf die mechanische Tragfähigkeit des Drahtes Rücksicht genommen werden muß.