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Heizpatrone mit Temperaturbegrenzer.
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Die Erfindung betrifft eine Heizpatrone mit Temperaturbegrenzer, der
einen bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur in der Heizpatrone betätigten,
den Heizstrom der Patrone unterbrechenden Schalter aufweist.
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Elektrisch beheizte Heizpatronen werden für vielfältige Zwecke verwendet,
insbesondere zum Erhitzen von Flüssigkeiten, aber auch zum Erhitzen von festen Körpern,
z.B.
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Spritzgußformen, mit denen sie in wärmeleitendem Kontakt stehen. Diese
Heizpatronen besitzen üblicherweise einen metallischen Mantel, in dem sich ein keramischer
Tragkörper für den Heizleiter befindet. Die verbleibenden
Hohlräume
der Heizpatrone werden durch ein
Isoliermaterial, wie z.B. Sand, ausgefüllt. Um das zu beheizende Medium auf eine
bestimmte Temperatur aufzuheizen und insbesondere um ein Überhitzen und Durchbrennen
der Heizpatrone zu verhindern, sind solche Heizpatronen häufig mit einem Temperaturbegrenzer
ausgestattet, der einen im Heizstromkreis der Patrone liegenden Schalter aufweist,
welcher bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur in der Patrone betätigt wird
und den Heizstrom unterbricht.
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Es ist bekannt, als Temperaturbegrenzer für diesen Zweck einen Schalter
mit Bimetallkontaktzungen in die Heizpatrone einzubauen. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß ein solcher Temperaturbegrenzer insbesondere bei großen und massereichen Verdichteten
Heizpatronen zu träge anspricht und eine lokale Überhitzung der Heizpatrone in den
von dem Bimetallschalter entfernten Teilen der Patrone nicht mit Sicherheit verhindern
kann. Eine solche lokale Überhitzung kann z.B. dann auftreten, wenn die Heizpatrone
nur teilweise in eine zu beheizende Flüssigkeit eintaucht.
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Um ein schnelleres Ansprechen des Temperaturbegrenzers zu erhalten,
wurde gemäß der DT-OS 1 G15 452 eine Patrone verwendet, die ein in gleicher Achsrichtung
wie der Metallmantel angeordnetes Teil besitzt, wobei das Material des Mantels und
das Material dieses Teils einen Unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen und die unterschiedliche Wärmeausdehnung zur Betätigung des Unterbrecherschalters
ausgenutzt wird. Auch die Trägheit dieser Anordnung war jedoch noch zu groß, da
sich insbesondere bei einer lokalen Überhitzung der Patrone die Wärme erst über
den gesamten Mantel ausbreiten muß, bis eine für die Betätigung des Schalters ausreichende
Ausdehnung auf tritt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfach
aufgebaute Heizpatrone mit Temperaturbegrenzer zu schaffen, bei der der Temperaturbegrenzer
schnell anspricht und dieses Ansprechverhalten auch bei nur lokaler Erhitzung der
Heizpatrone nicht verschlechtert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Heizpatrone mit Temperaturbegrenzer der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Heizpatrone ein
sich über deren ganze Länge erstreckender Metallstab hoher Leitfähigkeit angeordnet
ist, dessen äußeres Ende mit dem Temperaturbegrenzer in Kontakt steht.
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Durch den erfindungsgemäß in der Heizpatrone angeordneten Metallstab
hoher Wärmeleitfähigkeit wird die in jedem Teil der Patrone erzeugte Wärme sofort
zu dem am Ende der Patrone angeordneten Temperaturbegrenzer abgeleitet.
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Auch eine nur in einem kleinen Teil der Patrone bestehende überhöhte
Temperatur wird auf diese Weise sofort dem Temperaturbegrenzer mitgeteilt, der daraufhin
den Heizstrom unterbricht. Da diese Übertragung der Temperatur nicht über das verdichtete
Isoliermaterial in der Patrone und nicht über dem normalerweise aus schlecht wärmeleitendem
V2A-Stahl bestehenden Mantel der Patrone erfolgt, sondern über den Metallstab hoher
Wärmeleitfähigkeit, besitzt die erfindungsgemäße Heizpatrone eine erheblich höhere
Ansprechgeschwindigkeit des Temperaturbegrenzers als die bekannten Heizpatronen.
Außerdem führt die gute Wärmeleitfähigkeit des Metallstabes erfindungsgemäß Hu einer
schnelleren Verteilung einer lokal in der Patrone entstehenden Überhitzung, so daß
auch dadurch die Gefahr einer Beschädigung der Patrone durch solche lokale Überhitzungen
verringert wird.
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Die erfindungsgemäße Heizpatrone ist äußerst einfach aufgebaut, so
daß ihre Herstellungskosten nicht über denen der bekannten Heizpatronn liegen. Die
erfindungsgemäße Heizpatrone kann zur direkten Beheizung eines Mediums verwendet
werden, wobei der Temperaturbegrenzer den Heizstrom der Patrone selbst unterbricht.
Die Patrone kann aber auch indirekt die Beheizung eines Mediums steuern, indem sie
einen Schütz betätigt, der in dem direkten Heizstromkreis eingeschaltet ist.
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Der Temperaturbegrenzer kann in einer Ausführungsform der Erfindung
ein Schalter mit Bimetallkontaktzunge oder -zungen sein. In einer anderen Ausführungsform
kann der Temperaturbegrenzer auch aus einem an dem Metallstab abgebrachten Bimetallstreifen
bestehen, durch dessen Verformung ein Mikroschalter betätigbar ist. Ein solcher
Mikroschalter erfordert nur eine geringe Schaltkraft und einen sehr kurzen Schaltweg,
sodaß ein kleiner dünner Bimetallstreifen für die Betätigung des Mikroschalters
ausreicht, was sich besonders vorteilhaft auf die Ansprechgeschwindigkeit auswirkt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1.teilweise
im Längsschnitt eine Heizpatrone mit Temperaturbegrenzer gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 eine Ausführungsform des Temperaturbegrenzers.
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In Fig. 1 ist eine Heizpatrone 10 von im wesentlichen üblichem Aufbau
im Längsschnitt dargestellt. Diese Heizpatrone besitzt einen Mantel 12 aus beispielsweise
V2A-Stahl. In diesem Mantel befindet sich eine verdichtete Isoliermasse 14, in die
der nicht dargestellte Heizleiter,
der auf einem keramischen Trägerkö~rper
sitzt, eingebettet ist. Dem Heizleiter wird über elektrische Zuleitungen 16 und
18 der Heizstrom von einer Stromversorgung zugeführt.
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In einer der Stromzuleitungen 18 ist ein Temperaturbegrenzer 20 eingeschaltet,
der in einer beliebigen bekannten Bauweise ausgeführt sein kann. Im wesentlichen
besteht der Temperaturbegrenzer 20 aus einem Schalter, der betätigt wird und die
Heizstromzufuhr über die Leitung 18 unterbricht, wenn die Temperatur an dem Temperaturbegrenzer
20 einen bestimmten festgelegten Wert überschreitet. Der Temperaturbegrenzer kann
auf einer wärmeleitfähigen Platte 22, z.B. einer Kupferplatte, angebracht sein,
um die Wärmezuführung zu dem Temperaturbegrenzer zu verbessern. In der Längsachse
der Patrone 10 befindet sich ein verhältnismäßig dicker Stab 24 aus einem gut wärmeleitenden
Metall, z.B. aus Kupfer. Dieser Stab erstreckt sich über die gesamte Länge der Heizpatrone.
An seinem äußeren Ende steht der Stab 24 mit dem Temperaturbegrenzer 20 entweder
direkt oder wie in Fig. 1 dargestellt über die Kupferplatte 22 in Kontakt, um eine
ungehinderte Wärmeleitung von dem Stab 24 zu dem Temperaturbegrenzer 20 zu gewährleisten.
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Die höchste Temperatur, die in irgendeinem Teil der Patrone herrscht,
verbreitet sich infolge der guten Wärmeleitfähigkeit und der großen Wärmekapazität
des Stabes 24 mit großer Geschwindigkeit über den gesamten Stab und erreicht damit
auch mit großer Schnelligkeit den Temperaturbegrenzer. Kleinere kurzzeitige lokale
Temperaturerhöhungen werden dabei infolge der großen Wärmekapazität des Stabes 24
sofort abgeführt und ausgeglichen, so daß eine schädliche Temperaturüberhöhung vermieden
werden kann, ohne daß der Temperaturbegrenzer ansprechen muß.
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Der Temperaturbegrenzer 20 kann z-. B. aus einem Schalter mit Bimetallkontaktzungen
bestehen, die sich bei Erwärmung verformen und den Schaltkontakt öffnen. In Fig.
2 ist eine weitere vorteilhaft verwendbare Ausführungsform des Temperaturbegrenzers
dargestellt. In dieser Ausführungsform ist am Ende des Metallstabes 24 ein Bimetallstreifen
26 in wärmeleitendem Kontakt angebracht. Der Bimetallstreifen 26 liegt mit seinem
freien anderen Ende an dem Betätigungsarm 30 eines Mikroschalters 28 an.
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Der Mikroschalter 28 ist in die Heizstromleitung 18 der Heizpatrone
eingeschaltet Da der Schaltarm 30 des Mikroschalters nur geringe Schaltkräfte und
einen kurzen Schaltweg benötigt, kann ein dünner Bimetallstreifen 26 verwendet werden.
Wird auch der Metallstab 24 verhältnismäßig dünn gemacht, so besitzt die aus Metallstab
24 und Bimetallstreifen 26 bestehende Anordnung eine kleine Wärmekapazität, so daß
eine besonders hohe Ansprechgeschwindigkeit erhalten wird.