DE29816711U1 - Thermisch empfindliche Steuerungen - Google Patents

Thermisch empfindliche Steuerungen

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17. Sep, 1998
Thermisch empfindliche Steuerungen Thermisch empfindliche Steuerungen Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gefäße zum Erwärmen einer Flüssigkeit und auf thermisch empfindliche Steuerungen, insbesondere auf thermisch empfindliche Steuerungen, welche zur Anbringung unter der Basis eines Gefäßes zum Erwärmen von Wasser, wie beispielsweise eines Kessels oder einer Heißwasserkanne, ausgelegt sind.
Derartige Steuerungen sind beispielsweise in der WO95/34187 offenbart und umfassen typischerweise ein thermisch empfindliches Stellglied, beispielsweise ein Bimetall-Stellglied, welches im Gebrauch in gutem thermischen Kontakt mit der Basis des Gefäßes angeordnet ist und welches in dem Fall wirksam wird, in welchem die Gefäßheizeinrichtung überhitzt, um die Stromzufuhr zu der Gefäßheizeinrichtung zu unterbrechen. Das Gefäß oder die Steuerung können auch ein dampfempfindliches Stellglied umfassen, welches in dem Fall, in welchem die Flüssigkeit im Gefäß siedet, ebenfalls wirksam wird, um die Stromzufuhr zur Gefäßheizeinrichtung zu unterbrechen. Bei der in der oben genannten W095/34187 offenbarten Steuerung sind ein dampfempfindliches Stellglied und ein Überhitzungsschutzstellglied zusammen wirksam, um einen Schalthebel zu betätigen, welcher nach dem Betrieb manuell zurückgesetzt werden muß, um der Gefäßheizeinrichtung erneut Strom zuzuführen.
Unter bestimmten Umständen ist es wünschenswert, das Wasser auf Temperaturen unterhalb des Siedepunkts zu erhitzen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermisch empfindliche Steuerung bereitzustellen, welche im Betrieb bei einer Wassertemperatur unterhalb des Siedepunkts die Stromzufuhr zur Gefäßheizeinrichtung unterbricht.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine thermisch empfindliche Steuerung in einem oder für ein Gefäß zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit einer an der Basis des Gefäßes vorgesehenen elektrischen Heizvorrichtung bereit, wobei die Steuerung umfaßt: ein erstes thermisch empfindliches Stellglied, einen manuell zurücksetzbaren, federbelasteten Hebelarm, welcher in Anwort auf ein Wirksamwerden des ersten thermisch empfindlichen Stellglieds betätigt wird, um eine Gruppe von Kontakten in der Steuerung, zu öffnen, um die Stromversorgung zur Heizvorrichtung, zu unterbrechen, ein Dehnungsstellglied, beispielsweise ein Bimetall-Dehnungsstellglied, welches derart angeordnet ist, daß es im Gebrauch in gutem thermischen Kontakt mit der Basis des Gefäßes steht, und ein manuell bedienbares Auswahlmittel zum wahlweisen, d.h. bedarfsweisen, Koppeln der Bewegung des Dehnungsstellglieds mit dem federbelasteten Hebelarm, um den Hebelarm zu betätigen.
Somit kann erfindungsgemäß eine thermisch empfindliche Steuerung wirksam sein, um die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung beispielsweise in dem Fall zu unterbrechen, in welchem die Heizvorrichtung überhitzt, und/oder eine Flüssigkeit im Gefäß siedet, und auch in dem Fall, in welchem eine Flüssigkeit im Gefäß eine vorbestimmte Temperatur unterhalb des Siedepunkts erreicht. Es ist anzumerken, daß sich das Bimetall-Dehnungsstellglied kontinuierlich wölbt, wenn sich die Gefäßbasis erwärmt und abkühlt, und daß das Auswahlmittel im Bedarfsfall wirksam ist, um diese Bewegung mit dem Hebelarm zum Betätigen des Hebelarms zu koppeln, und zwar bei einer Temperatur unterhalb derjenigen Temperatur, bei welcher das andere Stellglied dies tun würde. Es ist zu berücksichtigen, daß, je wärmer die Flüssigkeit im Gefäß wird, desto wärmer die Basis wird und desto stärker sich das Dehnungsstellglied verformt. Der Grad der Verformung des Dehnungsstellglieds, welcher erforderlich ist, um den Hebelarm zu betätigen und somit den Strom (-fluß) zur Heizvorrichtung des Gefäßes bei einer vorgegebenen Flüssigkeitstemperatur im Gefäß zu unterbrechen, kann empirisch festgelegt werden.
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Wie vorstehend erwähnt, kann das erste Stellglied ein Überhitzungsschutzstellglied, beispielsweise ein Bimetall-Stellglied, sein, welches in gutem thermischen Kontakt mit der Basis des Gefäßes angeordnet ist. Alternativ kann das erste Stellglied ein siedeempfindliches Stellglied sein, beispielsweise ein dampfempfindliches Stellglied. Bevorzugt sind sowohl ein Überhitzungsschutzstellglied als auch ein siedeempfindliches Stellglied vorgesehen, welche beide wirksam sind, um den Hebelarm zu betätigen.
Das Auswahlmittel kann derart ausgebildet sein, daß es den Hebelarm bei einer einzigen Flüssigkeitstemperatur im Gefäß oder bei einer aus einer Mehrzahl von Temperaturen betätigt, wodurch im Gebrauch ein Bereich von Flüssigkeitstemperaturen im Gefäß erhalten werden kann. In der letztgenannten Anordnung kann das Auswahlmittel derart gestaltet sein, daß es eine kontinuierliche oder schrittweise Veränderung der Betriebstemperatur ermöglicht.
Demzufolge kann das Auswahlmittel eine kontinuierlich veränderbare oder Mehrstufennockenfläche zum gegenseitigen Eingriff mit dem Stellglied aufweisen, und zwar derart, daß in Abhängigkeit von der Nockenstellung ein größerer oder geringerer Bewegungsgrad des Dehnungsstellglieds erforderlich ist, um das Dehnungsstellglied in Eingriff mit der Nockenfläche zu bringen, um dadurch wiederum den Hebelarm zu betätigen. Der Nocken kann ein Drehnocken sein, jedoch ist aus Gründen der Einfachheit ein Gleitnocken bevorzugt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Auswahlmittel ein Gleitelement, welches gleitbar in eine Eingriffsposition mit dem Dehnungsstellglied und aus dieser Position heraus bewegbar ist. Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer einzigen (einstellbaren) Temperatur ist das Gleitelement lediglich wahlweise zwischen zwei Positionen verstellbar, in welchen das Gleitelement mit dem Stellglied in Eingriff steht oder nicht in
Eingriff steht, wenn sich letzteres wölbt. Dagegen ist es in einem Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von (einstellbaren) Temperaturen zwischen drei oder mehr Positionen bewegbar. Das Gleitelement oder auch das Stellglied kann, wie vorstehend beschrieben, mit einer oder mit mehreren Angriffsflächen versehen sein, um zu ermöglichen, daß der Hebelarm bei einer Mehrzahl von Temperaturen betätigt wird.
Die Angriffsfläche des Stellglieds kann von einem Abschnitt des Stellglieds selbst gebildet sein, kann jedoch auch von einem einstellbaren Bauteil, wie beispielsweise einer Stellschraube, gebildet sein, um eine einfache Kalibrierung der Vorrichtung zu ermöglichen. Eine Kalibrierung der Vorrichtung kann andernfalls durch eine Verformung des Stellglieds um das erforderliche Maß erreicht werden.
Zur einfachen Herstellung ist das Auswahlmittel bevorzugt am Hebelarm angebracht. Dies ermöglicht eine einfache Gleitbefestigung des Dehnungsstellglieds. Es wird angenommen, daß eine derartige Anordnung für sich neu und erfinderisch ist, erst recht im Rahmen eines weiteren Aspekts der Erfindung, gemäß welchem diese eine thermisch empfindliche Steuerung in einem oder für ein Gefäß zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit einer elektrischen Heizvorrichtung bereitstellt, welche an der Basis des Gefäßes vorgesehen ist, wobei die Steuerung umfaßt: ein erstes thermisch empfindliches Stellglied; einen manuell rücksetzbaren federvorbelasteten Hebelarm, welcher in Antwort auf den Betrieb des ersten thermisch empfindlichen Stellglieds betätigt wird, um eine Gruppe von Kontakten in der Steuerung zu öffnen, um die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung zu unterbrechen; ein zweites thermisch empfindliches Stellglied, welches derart angeordnet ist, daß es im Gebrauch in gutem thermischen Kontakt mit der Basis des Gefäßes steht; und ein manuell bedienbares Auswahlmittel zum wahlweisen Koppeln der Bewegung des Stellglieds mit dem federvorgespannten Hebelarm, um den Hebelarm zu betätigen, wobei das Auswahlmittel am Hebelarm angebracht ist.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann das zweite Stellglied beispielsweise ein Bimetall-Schnappstellglied sein und muß nicht ein Dehnungsstellglied sein. Bevorzugt ist das Auswahlmittel verschiebbar angebracht, jedoch können auch andere Auswahlvorrichtungsarten, als die vorstehend Beschriebenen, in Betracht gezogen werden.
Es ist anzumerken, daß die erfindungsgemäße Steuerung als integrierte Steuereinheit zum Anbringen an ein Gefäß oder in Form einer Mehrzahl von einzelnen separat zu montierenden Komponenten ausgebildet sein kann.
10
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine Draufsicht einer integrierten Steuereinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Figur 2 eine Seitenansicht der Steuerung in einem ersten
Betriebszustand ist, und
Figur 3 eine Seitenansicht der Steuerung in einem zweiten
Betriebszustand ist.
Die in Figur 1 gezeigte Steuereinheit 2 ist eine Modifikation der in den Figuren 15 und 16 der WO95/34187 gezeigten Steuereinheit, auf welche hinsichtlich der vollständigen Beschreibung der Grundkomponenten der Steuereinheit Bezug genommen wird. Die relevante Offenbarung der WO95/34187 wird hiermit - durch Bezugnahme auf diese - in dieser Beschreibung aufgenommen.
Kurz gefaßt umfaßt die Steuereinheit 2 ein Paar Bimetall-Schnappstellglieder 4, welche an einer metallischen Trägerplatte 6 angebracht sind, die an einer verschiedene elektrische Bauteile umfassende oder beinhaltende Form 8 vorgesehen ist. Die Steuereinheit ist an der Basis 10 eines Gefäßes zur Erwärmung einer Flüssigkeit angebracht, wie schematisch in Figur 2
- 6-
gezeigt. Die Basis 10 ist mit einer Heizvorrichtung, beispielsweise einer Dickfilm-Heizvorrichtung, oder mit einem herkömmlichen abgeschirmten Heizelement versehen, wie beispielsweise in der WO96/18831 gezeigt. Die Basis kann ein integraler Teil des Gefäßes oder ein separates an einer . - Öffnung im Boden des Gefäßkörpers angebrachtes Bauteil sein.
Im Betrieb wird dann, wenn das Gefäß überhitzt, beispielsweise in dem Fall, in welchem es eingeschaltet wird, ohne daß sich darin eine Flüssigkeit befindet, das eine oder das andere Stellglied 4 über Schubstifte (Stößel) 11 wirksam, um eine Gruppe von Kontakten 12 in der Form zu öffnen. Dies führt auch dazu, daß ein federvorgespannter Hebelarm 14 betätigt wird, welcher Hebelarm die Kontakte 12 vollständig öffnet und auch eine korrespondierende Gruppe von Kontakten am anderen Pol der Stromversorgung öffnet. Der Hebelarm 14 wird auch durch ein an einem Ende der Steuereinheit 2 angebrachtes dampfempfindliches Bimetall-Stellglied 16 betätigt, wenn die Flüssigkeit im Gefäß siedet. Weitere Einzelheiten dieser Steuerung und ihres Betriebsmodus sind aus der WO95/34187 ersichtlich.
Eine Modifikation dieser Steuereinheit gemäß dieser Erfindung ermöglicht, daß die Steuerung die elektrische Stromversorgung zur Gefäßheizvorrichtung in dem Fall unterbricht, in welchem die Flüssigkeit im Gefäß eine vorbestimmte Temperatur - oder vorbestimmte Temperaturen unterhalb des Siedepunkts erreicht. Zu diesem Zweck umfaßt die Steuereinheit 2 ferner ein Bimetall-Dehnungstellglied 20, welches durch einen thermisch leitenden Niet 22, beispielsweise aus Kupfer, an der Platte 6 angebracht ist. Das Bimetall-Dehnungsstellglied 20 ist an seinem freien Ende 24 zum Vorsehen eines Freiraums abgestuft, und zwei Stellschrauben 26, 28 sind am freien Ende 24 angebracht. Wie zu erkennen ist, stehen die Schrauben 26, 28 von dem Bimetall-Dehnungsstellglied 20 aus den im Folgenden näher erläuterten Gründen um verschiedene Höhen vor.
Die Steuerung ist ferner mit einem manuell bedienbaren Auswahlmittel in Form eines im allgemeinen L-förmigen Gleitelements 34 versehen, welches verschiebbar in einer Bohrung 32 aufgenommen ist, die in einer integral angeformten seitlichen Erweiterung 30 des Schalthebelarms 14 ausgebildet ist. Ein Ende des Gleitelements 34 ist mit einem Knopf 36 versehen, welcher sich außerhalb der Basis 38 des Gefäßes zur Bedienung durch einen Benutzer erstreckt. Der Knopf 36 kann mit einem an der anderen Seite des Hebelarms 14 angebrachten Knopf zusammenwirken, welcher zum Ein- und: Ausschalten des Gefäßes vorgesehen ist. Das andere Ende des Gleitelements 34 weist ein Querglied 42 mit einem vorstehenden Widerlager 46 auf. Die Bohrung 32 und das Gleitelement 34 sind mit Arretiervorrichtungen versehen, wie beispielsweise Kerben 48, zum wahlweisen Halten des Gleitelements 34 in einer oder in mehreren gewünschten Positionen.
Im folgenden wird der Betrieb der Steuereinheit beschrieben. In dem in Figur 2 gezeigten Zustand sind die Kontakte 12 geschlossen, und das Gleitelement ist in seiner am weitesten links liegenden Position (in der Orientierung gemäß Figur 2) angeordnet. In diesem Zustand erwärmt sich dann, wenn Wasser im Gefäßerwärmt wird, das Bimetall-Dehnungsstellglied 20 und verformt sich, wodurch bewirkt wird, daß sich sein freies Ende 24 von der Gefäßbasis weg bewegt. Diese Bewegung wird durch das Gleitelement 34 nicht behindert und setzt sich bis zu dem Zeitpunkt fort, zu welchem die Flüssigkeit im Gefäß siedet, was dazu führt, daß die Steuerung über das dampfempfindliche Stellglied 16 die Kontakte 12 öffnet. Dann kühlt sich die Gefäßbasis ab, und das Bimetall-Dehnungsstellglied 20 kehrt in seine ursprüngliche Position zurück. Dieser Zustand ist in Figur 3 gezeigt. Sollte ein Benutzer dann beabsichtigen, die Flüssigkeit im Gefäß erneut zum Sieden zu bringen, kann der Knopf 36 nach unten gedrückt werden, um die Kontakte 12 erneut zu schließen.
- 8-
Wenn es allerdings erwünscht ist, die Flüssigkeit auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunkts zu erwärmen, kann der Knopf 36 einwärts gedrückt werden, so daß sich das Gleitelement 34 in der Richtung von Pfeil A verschiebt.
Wenn das Gleitelement 34 um eine Kerbe in dieser Richtung (einwärts) bewegt wird, bewegt sich das Widerlager 46 in eine Lage unterhalb der Stellschraube 26, und wenn das Gleitelement 34 um zwei Kerben bewegt wird, bewegt sich das Widerlager 46 in eine Lage unterhalb der Stellschraube 28. Wie vorstehend erläutert, stehen die Stellschrauben 26, 28 um vorbestimmte Höhen vom freien Ende 24 des Bimetall-Dehnungsstellglieds 20 vor. Diese Abstände werden entsprechend gewünschten Wassertemperaturen gewählt. Die Stellschraube 28 steht um eine größere Höhe vor als die Stellschraube 26, so daß sich das freie Ende des Stellglieds 20 nicht so weit wölben muß, bis die Stellschraube 26 an dem Widerlager 46 angreift und den Hebelarm 14 betätigt und somit die Kontakte 12 öffnet, als es erforderlich ist, bis die Stellschraube 26 an dem dem Widerlager 46 angreift. Somit betätigt die Stellschraube 28 den Hebelarm 14 bei einer niedrigeren Wassertemperatur als die Stellschraube
26. Somit muß, wenn eine niedrige Wassertemperatur, beispielsweise 600C, erforderlich ist, das Schiebeelement 34 in Richtung des Pfeils A um zwei Kerben bewegt werden, so daß das Widerlager 46 unterhalb der Stellschraube 28 liegt, während dann, wenn eine höhere Temperatur, beispielsweise 80° C, erforderlich ist, dieses um lediglich eine Kerbe einwärts bewegt werden kann, so daß das Widerlager unterhalb der Stellschraube 26 liegt.
Der Grad des Vorstehens der Stellschrauben 26, 28 zum Erreichen einer gewünschten Wassertemperatur kann empirisch bestimmt werden, und die Steuerung kann dementsprechend kalibriert werden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel kann dies allein durch Drehen der Stellschrauben 26, 28 erreicht werden.
Somit wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuereinheit dann wirksam, wenn sich das Gleitelement 34 an in seiner am weitesten links liegenden Position befindet und die Flüssigkeit im Gefäß siedet, oder dann wirksam, wenn sich das Gleitelement 34 in seiner mittleren Position befindet und die Flüssigkeit 80°C erreicht, oder dann wirksam, wenn sich das Gleitelement in seiner am weitesten rechts liegenden Position befindet und die Flüssigkeit 600C erreicht.
Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Modifikationen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise kann das Gleitelement 34 mit einer Nockenfläche an seinem freien Ende versehen sein, welche mit einer entsprechenden Angriffsfläche am Bimetall-Dehnungsstellglied 20 zusammenwirkt. Dies kann eine kontinuierlich oder schrittweise Einstellung der Betriebstemperatur ermöglichen. Es ist ferner möglich, das Gleitelement unabhängig vom Schaltarm anzubringen, jedoch ist dies nicht bevorzugt. Auch kann der besondere vorstehend beschriebene Gleitmechanismus durch einen gleitfähigen oder drehbaren Nockenmechanismus ersetzt werden.
Zusammengefaßt ist eine thermisch empfindliche Steuerung 2 dazu ausgelegt, unterhalb der Basis 10 eines Gefäßes zur Erwärmung von Wasser, wie beispielsweise eines Kessels oder ein Heißwasserkanne, angebracht zu sein. Die Steuerung umfaßt einen federbelasteten Hebelarm 14, welcher in Antwort auf den Betrieb von einem von zwei thermisch empfindlichen Stellgliedern 4, 20 betätigt wird, um die Stromversorgung zur Heizvorrichtung zu unterbrechen. Das erste Stellglied kann ein Uberhitzungsschutzstellglied 4 oder ein siedepunktempfindliches Stellglied 16 sein. Das zweite Stellglied ist ein Dehnungsstellglied 20, welches in gutem thermischen Kontakt mit der Basis 10 des Gefäßes steht.
Auswahlmittel 34 koppeln wahlweise die Bewegung des Dehnungsstellglieds mit dem federbelasteten Hebelarm, um den Hebelarm zu betätigen.

Claims (12)

Ansprüche
1. Thermisch empfindliche Steuerung in einem oder für ein Gefäß zum Erwärmen von Flüssigkeit mit einer an der Basis (10) des Gefäßes vorgesehenen elektrischen Heizvorrichtung, wobei die Steuerung umfaßt:
ein erstes thermisch empfindliches Stellglied (4, 16),
einen manuell zurücksetzbaren federbelasteten Hebelarm (14), welcher in Antwort auf eine Aktion des ersten thermisch
empfindlichen Stellglieds (4, 16) betätigbar ist, um eine Gruppe von Kontakten (12) in der Steuerung zu öffnen, um die Stromversorgung zur Heizvorrichtung zu unterbrechen,
ein Dehnungsstellglied (20), welches derart angeordnet ist, daß es im Gebrauch in gutem thermischen Kontakt mit der
Basis (10) des Gefäßes steht, und
ein manuell bedienbares Auswahlmittel (34) zum wahlweisen Koppeln der Bewegung des Dehnungsstellglieds (20) mit dem federbelasteten Hebelarm (14), um den Hebelarm (14) zu betätigen.
2. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Stellglied (4) ein Uberhitzungsschutzstellglied ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Stellglied ein siedepunktempfindliches Stellglied (16) ist.
4. Steuerung nach Anspruch 1, umfassend sowohl ein Uberhitzungsschutzstellglied (4) als auch ein siedepunktempfindliches
Stellglied (16), welche beide wirksam sind, um den Hebelarm (14) zu betätigen.
5. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auswahlmittel (34) derart angeordnet ist, daß eine Betätigung des Hebelarms (14) durch das Dehnungsstellglied (20) bei einer Mehrzahl von Temperaturen möglich ist.
6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auswahlmittel (34) einen beweglichen Nocken (46) umfaßt.
7. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auswahlmittel ein Schiebeelement (34) umfaßt.
8. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auswahlmittel oder das Schiebeelement (34) am Hebelarm
(14) angebracht ist.
9. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dehnungsstellglied (20) mit einem einstellbaren Kalibriermittel (26, 28) versehen ist.
10. Steuerung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kalibriermittel ein oder mehrere Elemente (26, 28) umfaßt, welche an dem Stellglied (20) einstellbar angebracht sind und von diesem vorstehen.
11. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dehnungsstellglied (20) ein Bimetall-Stellglied ist.
12. Thermisch empfindliche Steuerung in einem oder für ein Gefäß zum Erwärmen von Flüssigkeit mit einer an der Basis (10) des Gefäßes vorgesehenen elektrischen Heizvorrichtung, wobei die Steuerung umfaßt:
ein erstes thermisch empfindliches Stellglied (4, 16),
- einen manuell zurücksetzbaren, federbelasteten Hebelarm (14),
welcher in Antwort auf eine Aktion des ersten thermisch empfindlichen Stellglieds (4, 16) betätigbar ist, um eine Gruppe von Kontakten (12) in der Steuerung zu öffnen, um die Stromversorgung zur Heizvorrichtung zu unterbrechen,
- ein zweites thermisch empfindliches Stellglied (20), welches
derart angeordnet ist, daß es im Gebrauch in gutem thermischen Kontakt mit der Basis (10) des Gefäßes steht, und ein manuell bedienbares Auswahlmittel (34) zum wahlweisen Koppeln der Bewegung des Stellglieds (20) mit dem federbelasteten Hebelarm (14), um den Hebelarm (14) zu
betätigen, wobei das Auswahlmittel (34) am Hebelarm (14) angebracht ist.
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