DE3346582C2 - Vorrichtung zur Steuerung von wenigstens zwei Heizzonen aufweisenden Heizkörpern für Kochgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von wenigstens zwei Heizzonen aufweisenden Heizkörpern für Kochgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur erfolgt bei den Vorrichtungen der bekannten Art insbesondere dadurch, daß die temperaturbedingte axiale Bewegung des stabförmigen Temperaturfühlers zur Betätigung des Kontaktsystems herangezogen wird, und zwar so, daß der Heizstromkreis bei einer bestimmten Temperatur eingeschaltet und bei einer bestimmten höheren Temperatur wieder ausgeschaltet wird.

Weist bei einer solchen Vorrichtung der Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörper mehrere Betriebszustände auf, so liegen für jeden Betriebszustand andere Schalteinsatzpunkte vor, was im Sinn der Regelung bzw. Begrenzung insbesondere eines einzigen Temperaturbereiches nicht erwünscht ist.

Abhilfe könnte dadurch geschaffen werden, daß das Kontaktsystem als mehrkreisiges Schaltsystem konzipiert wird, mit einer der Anzahl der Betriebszustände entsprechenden Anzahl von Schaltern, was aber einen unwirtschaftlichen hohen technischen Aufwand bedeuten würde.

Beispielsweise ist aus der DE 31 02 919 A1 ein Überhitzungsschutzschalter bekannt, welcher aus Streifen oder Drähten unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten besteht, die zusammen ein einen mechanischen Schalter betätigendes Bimetallelement bilden. Dieses Bimetallelement ist in einem Quarzrohr angeordnet, welches durchgehend einstückig ausgebildet ist und lediglich die Funktion einer Schutzeinrichtung für das Bimetall hat. Um nun das Bimetall vom Wärmeeinfluß eines weiteren, eingeschalteten Heizelementes freizuhalten, wird der über diesem Heizelement gelegene Bereich thermisch isoliert, indem dieser Bereich von einem Block aus thermisch isolierendem Material umschlossen wird.

Zur Verbesserung der Wärmeisolierung wurde vorgeschlagen, auf den zu isolierenden Bereich des Quarzrohres zusätzlich noch ein an eine Wärmesenke angeschlossenes Kupferrohr aufzuschieben.

Überhitzungsschalter dieser Art haben allerdings den Nachteil eines komplizierten Aufbaus, wobei trotz der Wärmeisolierung die Strahlungswärme einer Heizzone - lokal eng begrenzt - nie vollkommen abgeschirmt werden kann. Darüberhinaus ergeben sich bei Bimetallelementen immer Schwierigkeiten hinsichtlich der Genauigkeit des Temperaturschaltverhaltens.

Weiters zeigt die GB 2 069 300 A eine elektrische Heizeinrichtung mit einem oder mehreren Heizelementen, welche unterschiedlichen Heizzonen zugeordnet sind.

Aus der CH-PS 104 130 wiederum ist ein Temperaturregler für elektrisch beheizte Räume bekannt, mit mehreren konzentrisch angeordneten Rohren. Diese Rohre können nachteiligerweise allerdings nicht unterschiedlichen Heizzonen zugeordnet werden. Die ebenfalls bekannte US-PS 3 004 123 zeigt einen Stabtemperaturregler mit einem unterteilten Stab, dessen einzelne Teile verschiedenen Temperaturbereichen zugeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unter Beibehaltung eines konstruktiv einfachen Aufbaus das Schaltverhalten des stabförmigen Temperaturfühlers unabhängig von einem jeweiligen Betriebszustand des (der) Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörper(s) im wesentlichen immer das selbe bleibt.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß jedes Rohrstück einer bestimmten Heizzone des Heizkörpers zugeordnet und im Einwirkungsbereich derselben angeordnet ist, wobei die Rohrstücke in Axialrichtung des Rohres hintereinander stumpf aneinander anstoßend angeordnet sind.

Mit einer derartig geteilten Ausbildung des den Stab aufnehmenden Rohres ist bei Verwendung sich unterschiedlich ausdehnender Teilstücke auf einfachste Weise und mit geringstem Mehraufwand eine zuverlässige Ausschließung von "störenden" Einflüssen der einen Heizzone auf das die andere Heizzone überquerende Teilstück bzw. auf den die andere Heizzone regelnden Temperaturfühler gewährleistet. Durch die erfindungsgemäß konstruktiv einfache Ausführung des stabförmigen Temperaturfühlers ist eine exakte Regelung bzw. Begrenzung der gewählten Temperatur bzw. des Temperaturbereiches gewährleistet, unabhängig davon, ob eine oder mehrere Heizzonen in Betrieb stehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials wenigstens eines der Rohrstücke in einem Bereich liegt, welcher ±20% des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Stabmaterials beträgt.

Dadurch bleibt die im Bereich dieses Teilstückes liegende Heizzone zuverlässig ohne Einfluß auf die Schalteinsatzpunkte des Temperaturfühlers. Durch die Wahl der Abweichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Stabmaterials um 20% kann eine Kompensation der Temperaturschwankungen erzielt werden, die als Folge der Veränderung der Betriebszustände, der Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörper, wie z. B. durch das Zuschalten einer zweiten Heizzone zu der in Betrieb befindlichen ersten Heizzone, auftreten.

Je größer diese Abweichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Rohrstückes gegenüber jenem des Stabmaterials gewählt wird, umso mehr wird der Schalteinsatzpunkt zu höheren Regeltemperaturen verschoben. Hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Wärmeverlust des äußeren Heizkreises zufolge Abstrahlens vermindert werden kann, und ein etwa konstantes Wärmeprofil über die gesamte Heizfläche, d. h. über alle in diesem Betriebszustand aktiven Heizzonen erreicht werden kann.

Werden an ein konstantes Wärmeprofil keine besonders hohen Anforderungen gestellt und/oder ist die räumliche Ausdehnung in radialer Richtung der Heizzone mit den größten Wärmeabstrahlverlusten nur gering, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn in Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen wird, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials wenigstens eines der Rohrstücke angenähert gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Stabmaterials ist. Hierdurch ergibt sich auch noch der technologische Vorteil, das das gleiche Material für Stab und rohrstück verwendet werden kann. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei kreisförmigen Heizzonen ein Rohrstück der gesamten einen Heizzone und das zweite Rohrstück nur einem Teil der anderen Heizzone zugeordnet ist.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt nach Linie I-I der Fig. 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf eine vergrößerter erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Strahlungsheizkörper 1, der aus einem Topf 2 besteht, in dem sich zwei Heizzonen 50, 51 mit je einer Heizwendel 3, 3′ befinden, die in eine Einbettmasse 4 eingebettet sind. Der Strahlungsheizkörper 1 ist unterhalb einer Platte 5 aus Metall, Glaskeramik oder dgl. angeordnet, die die Kochfläche 6 bildet. Zwischen der Kochfläche 6 und der Heitwendel 3 und 3′ ist ein Temperaturfühler 7 angeordnet, der mit einem das Kontaktsystem aufweisenden Schaltkopf 8 in Verbindung steht, wobei der Temperaturfühler 7 in einfacher Weise durch eine Bohrung des Strahlungsheizkörpers 1 hindurchgeführt ist.

Der Temperaturfühloer 7 ist somit der Temperatur ausgesetzt, die unterhalb der Kochfläche 6 in dem Strahlungsraum zwischen der Kochfläche 6 und der Heizwendel 3 bzw. 3′ herrscht.

In Fig. 3 ist die den Temperaturfühler 7 und den Schaltkopf aufweisende Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur gesondert dargestellt.

Der Temperaturfühler 7 weist einen Stab 9 aus einem hochtemperaturbeständigem Material mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Legierung oder einer Fe-Cr-Legierung, auf, der in zwei Teilstücken 52, 53 eines Rohres 10 angeordnet ist. Das eine Teilstück 53 besteht aus einem hochtemperaturbeständigen Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Quarzglas oder Keramik, das eine Hülle für den Stab 9 bildet. Das dem Schaltkopf 8 näher liegende, ebenfalls den Stab 9 umschließende Teilstück 52 des Rohres 10 ist aus einem Material gebildet, das einen dem Stab 9 angenähert gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, insbesondere aus demselben Material besteht. Die Enden des Rohres 10 tragen Kappen 11, 12 wobei sich die Kappe 11 an einer Grundplatte 13 abstützt, die mit Schrauben 14 am Schaltkopf 8 angeschraubt ist. Der Stab 9 ist durch Bohrungen der Kappe 11, der Grundplatte 13 und der Kappe 12 hindurchgeführt und weist an dem bei der Kappe 12 liegenden Ende ein Gewinde 15 auf, auf das eine Mutter 16 geschraubt ist, die an der Kappe 12 abgestützt ist. Das andere Ende des Stabes 9 weist einen bombierten Bund 17 auf. Zwischen dem Bund 17 und der Grundplatte 13 und damit zwischen dem Bund 17 und dem einen Ende des den Stab 9 enthaltenden Rohres 10 ist eine Druckfeder 18 angeordnet, die den Stab 9 unter Zugbeanspruchung hält und damit die Mutter 16 gegen die Außenseite der Kappe 12 drückt.

Der Stab 9, die beiden Teilstücke 52, 53 des Rohres 10, die Kappen 11, 12, die Mutter 16, die Grundplatte 13 und die Druckfeder 18 bilden den Temperaturfühler, der mit den Schrauben 14 an den Schaltkopf 8 angeschraubt ist, wobei der Schaltkopf 8 eine Ausnehmung 19 aufweist, in die das die Druckfeder 18 aufweisende Ende des Stabes 9 eingesetzt ist.

Der Schaltkopf 8 bildet ein nach der oberen Seite offenes Gehäuse 20, wobei die offene Seite durch eine Deckplatte abdeckbar ist. Das Innere des Gehäuses 20 steht mit der Ausnehmung 19 über eine zumindest angenähert mit dem Stab 9 koaxial verlaufende Bohrung in Verbindung, in der sich eine in der Bohrung axial verschiebbares Übertragungsglied 22 befindet. Das eine Ende des Übertragungsgliedes 22 liegt auf der bombierten Fläche des Bundes 17 auf.

Das Übertragungsglied 22 weist eine Betätigungsfläche 23 zur Betätigung des der Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur dienenden Kontaktsystems auf, das eine den beweglichen Kontakt 24 tragende Kontaktfeder 25 und eine den festen Kontakt 26 aufweisende Anschlußfahne 27 aufweist. Die Kontaktfeder 25 ist fest mit einem Federnträger 28 verbunden, der auch die Kontaktfeder 30 trägt, elektrisch stromleitend mit einer Anschlußfahne 31 verbunden und am Schaltkopf 8 mit einem Niet befestigt.

In dem in Fig. 3 dargestellten Zustand sind die Kontakte 24, 26 und der Heizstromkreis ist somit unterbrochen.

Wird der Heizstromkreis an Versorgungsspannung gelegt, so wird die Heizwendel 3 des Heizkörpers erhitzt, demzufolge die Temperatur im Raum zwischen der Kochfläche 6 und der Heizwendel 3 ansteigt. Der Stab 9 dehnt sich aus, so daß das Übertragungsglied 22 auf die Betätigungsstelle der Kontaktfeder 25 hin bewegt wird. Erreicht die Temperatur im Raum zwischen der Kochfläche 6 und der Heizwendel 3 beispielsweise den Wert von 700°C, so stößt die Betätigungsfläche 23 des Übertragungsgliedes 22 gegen die Kontaktfeder 25, wobei schlagartig die Kontakte 24, 26 getrennt werden, so daß die Heizung abgeschaltet wird. Wird der Stab 9 im Zuge der folgenden Abkühlung verkürzt, so schnappt die Kontaktfeder 25 wieder in jene Stellung, in der die Kontakte 24, 26 geschlossen sind.

Dieses Spiel wiederholt sich, solange der Heizstromkreis an der Versorgungsspannung liegt. Wird er von dieser getrennt, so werden die Kontakte 24, 26 zwar im Zuge der Abkühlung geschlossen, jedoch erfolgt keine neuerliche Erwärmung mehr, so daß sich der Stab 9 immer weiter verkürzt.

Wie erwähnt, erfolgt die Justierung des Kontaktsystems 24, 26 für eine bestimmte, vom Heizkörper 1 zu erzeugende Temperatur durch Verdrehen der Mutter 16 auf dem Gewinde des Stabes 9. Es können aber selbstverständlich auch alle anderen bekannten Justierungsmaßnahmen bzw. -einrichtungen wie verstellbare Schrauben, Quetschbleche od. dgl. vorgesehen sein.

Nachdem sich das vom Schaltkopf 8 weiter entfernte Teilstück 53 aus Quarzglas - wie in Fig. 2 ersichtlich - lediglich im Bereich der inneren Heizzone 51 erstreckt und das andere, einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisende Teilstück 52 lediglich im Bereich der äußeren Heizzone 50 angeordnet ist, kann ohne Beeinflussung durch die äußere Heizzone 50 die Temperaturregelung der inneren Heizzone 51 durchgeführt werden. Sollte die äußere Heizzone 50 eingeschaltet und Wärme abgegeben, so dehnt sich das in diesem Bereich befindliche Teilstück 52 etwa ebenso stark wie das in diesem Bereich befindliche Teilstück des Stabes 9, so daß es zu keiner Relativbewegung zwischen Teilstück 52 und dem Teilstück des Stabes 9 und damit auch zu keiner Beeinflussung des Schaltkontaktes kommt. Die Temperaturregelung kann daher ungestört in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden.

In Fig. 4 ist schematisch die voneinander unabhängige Regelung zweier Heizzonen 54 und 55 durch zwei Vorrichtungen 56, 57 zur Temperaturregelung der in Fig. 3 beschriebenen Art dargestellt. Die eine Vorrichtung 56 erstreckt sich über beide Heizzonen 55, 54, wobei im Bereich der äu(ßeren Heizzone 55 jeweils ein Teilstück 58 aus Quarzglas und dazwischen ein Teilstück 59 aus einem Material mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet ist. Die andere Vorrichtung 57 zur Temperaturregelung erstreckt sich über die gesamte innere Heizzone 54, in den Bereich ein Teilstück 60 aus Quarzglas vorgesehen ist. In die äußere Heizzone 55 querenden Teilbereich ist ein Teilstück 61 aus einem Material mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet. Auf diese Weise kann die eine Vorrichtung 57 - unbeeinflußt von der äußeren Heizzone 55 - die innere Heizzone 54 regeln. Andererseits kann die zweite Vorrichtung 56 - unbeeinflußt von der inneren Heizzone 54 - die äußere Heizzone 55 regeln.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Vorrichtung auch als Temperaturbegrenzer ausgebildet sein, bei dem das die Heiztemperatur beeinflußende Kontaktsystem bei Erreichen einer Höchsttemperatur den Heizstromkreis unterbricht und nicht selbsttätig wieder eingeschaltet. Ebenso können beliebig viele Heizzonen vorgesehen sein.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Steuerung von wenigstens zwei Heizzonen aufweisenden Heizkörpern für Kochgeräte, die einen Temperaturfühler aufweist, der sich über alle Heizzonen erstreckt und einen einstückigen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung und diesen direkt umgebende Rohrstücke mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten umfaßt, wobei die thermische Gesamtausdehnung der Rohrstücke kleiner als jene des Stabes ist, der mit einem Kontaktsystem in Verbindung steht und mit seinem einen Endbereich mit einem an einem Gehäuse einer Stelleinrichtung abgestützten Rohrstück verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrstück (52, 53) einer bestimmten Heizzone (50, 51) des Heizkörpers (1) zugeordnet und im Einwirkungsbereich derselben angeordnet ist, wobei die Rohrstücke (52, 53) in Axialrichtung des Rohres hintereinander stumpf aneinander stoßend angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials wenigstens eines der Rohrstücke in einem Bereich liegt, welcher ±20% des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Stabmaterials beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizienten des Materials wenigstens eines der Rohrstücke (52, 59, 60) angenähert gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Stabmaterials ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kreisförmigen Heizzonen (50, 51) ein Rohrstück (53) der gesamten einen Heizzone (51) und das zweite Rohrstück (52) nur einem Teil der anderen Heizzone (50) zugeordnet ist (Fig. 2).