DE3440156C2 - Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung wenigstens eines Temperaturwertes bzw. eines Temperaturbereiches von Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung wenigstens einer Temperatur von Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten, bei der zur Regelung und/oder Begrenzung der Temperatur wenigstens ein Temperaturfühler ange­ ordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung aufweist, welcher Stab in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei das Rohr jeweils angren­ zend an das Ende des Rohres den Stab umschließende Abstützkörper aufweist, und diese jeweils zwischen Halteteilen gehalten sind.

Die Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur erfolgt bei einer Vorrichtung obengenannter 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.

Da sich die zu messenden Temperaturen im Bereich bis zu 800°C bewegen, kommt es im Bereich der Kontaktfläche des vorzugsweise aus Quarzglas gebildeten Rohrendes mit dem angrenzenden vorzugsweise aus Metall bestehenden Halteteils infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zu einer Relativ- bzw. Reibbewegung in radialer Richtung. Das hat durch die oftmalige Hin- und Herbewegung nach längerem Gebrauch einen durch Einrei­ ben bedingten höheren Reibungswiderstand und schließlich ein Absplittern des Rohrendes zur Folge.

Andererseits konnte auch schon beobachtet werden, daß - bedingt durch die rauhe Oberfläche des Quarzrohres - bereits bei Einsatzbeginn Absplitterungen auftreten.

Durch die DE 28 39 161 A1 wurde ein Temperaturbegrenzer für eine Glaskeramik-Kochein­ heit bekannt, der einen im wesentlichen stabförmigen Temperaturfühler, der aus einem Rohr und einem darin liegenden Stab mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht, aufweist. Das Rohr ist am unteren und oberen Ende in Metallhülsen gefaßt. Dieser Tempera­ turfühler betätigt einen in einem Sockel angeordneten Leistungs-Schnappschalter zur Aus­ schaltung der Leistung der Beheizung der Glaskeramik-Kochfläche sowie einen in dem Soc­ kel angeordneten Signalschalter, der den Stromkreis einer Signaleinrichtung zur Warnung vor dem Berühren der heißen Kochfläche ein- bzw. ausschalten kann.

Bei dieser Lösung ergibt sich der schon angesprochenen Nachteil der Beschädigung des vor­ zugsweise aus Quarz oder Steatit gebildeten Rohres in Folge der aufgrund der unterschiedli­ chen Ausdehnungskoeffizienten der Rohrenden und der metallischen Hülsen entstehenden Reibbewegung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun in der Schaffung einer Vorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung wenigstens eines Temperaturwertes bzw. Temperaturbereiches der eingangs beschriebenen Art, bei der eine durch Temperaturwechselbeanspruchung bedingte Beschädigung, insbesondere ein Absplittern, der Rohrenden zuverlässig ausge­ schlossen wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeweils zwischen jedem Ende des Rohres und dem Halteteil ein den Stab umschließender Abstützkörper angeordnet ist, dessen thermi­ scher Ausdehnungskoeffizient α₁ kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₂ des anschließenden Halteteils, aber größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₃ des Rohres ist.

Mit einem derartig ausgebildeten Abstützkörper wird der Übergang in bezug auf den thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten wesentlich abgeschwächt, so daß die genannte radiale Relativbewegung zwischen Rohrende und dem anschließenden Abstützkörper auf ein ver­ nachlässigbares Minimum reduziert wird. Damit ist auch jede Möglichkeit einer Beschädi­ gung, insbesondere Absplitterung, des Rohrendes zuverlässig ausgeschlossen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Abstütz­ körper aus oxydkeramischem Werkstoff, insbesondere Al₂O₃, gebildet ist. Ein derartiger Abstützkörper hat zusätzlich zu einem niederen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch eine hohe Festigkeit, so daß sich ein vorteilhafter erfindungsgemäßer Einsatz ergibt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht auch darin, daß der Abstützkörper aus Nickel-Eisen-Kobalt-Legierungen gebildet ist. Ein derartig ausgebildeter Abstützkörper weist in vorteilhafter Weise einen sehr niederen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf; wobei allerdings keine hohe Zunderbeständigkeit vorliegt. Damit ist der Einsatzbereich auf einen Temperaturbereich von kleiner 300°C eingeschränkt, d. h. daß der Abstützkörper aus der zu regelnden Heizzone herausragen muß.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Abstützkörper aus technischem Porzellan gebildet sein. Eine derartige Ausbildung eignet sich vor allem für jene Einsätze, wo keine hohen Anforderungen an die Festigkeit des Abstützkörpers zu stellen sind.

Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist der im Bereich des Schaltgehäuses angeordnete Abstützkörper kalottenförmig ausgebildet und das angrenzende Ende des Rohres trichterförmig erweitert. Mit einer derartigen trichterförmigen Erweiterung des Rohrendes ist eine erhöhte Bruchsicherheit des Rohres gegeben, wobei in einfacher Weise auch eine nachträgliche Justierung und Feineinstellung des Stabes durchführbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungs­ beispiele näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine vergrößerte erfindungsgemäße Vorrichtung, und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Rohrendes.

In Fig. 1 ist die aus einem Temperaturfühler 1 und einem Schaltkopf 2 bestehende Vorrich­ tung zur Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur dargestellt. Der Temperaturfühler 1 weist einen Stab 3 aus einem hochtemperaturbeständigen Material mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Legierung oder einer Eisen- Chrom-Legierung auf; der in einem Rohr 4 angeordnet ist. Dieses besteht aus einem hoch­ temperaturbeständigen Material mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, bei­ spielsweise Quarzglas oder Keramik, das eine Hülle für den Stab 3 bildet. Die Enden des Rohres 4 sind jeweils durch einen Abstützkörper 5, 6 begrenzt. An diese grenzen wiederum Halteteile 7, 8 in Form einer Grundplatte bzw. einer Beilagscheibe oder Schraubenmutter aus Metall an. Während der thermische Ausdehnungskoeffizient α₃ des Quarzrohres 4 bei etwa 5×10^-7/°C liegt, liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient α₂ der metallischen Halteteile 7, 8 bei etwa 180×10^-7/°C. Im Falle der Verwendung von Al₂O₃ als Werkstoff für die bei­ den dazwischenliegenden Abstützkörper 5, 6 beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient α₁ etwa 70×10^-7/°C. Der Stab 3 ist durch Bohrungen des Abstützkörpers 5, der Grundplatte 7, den Abstützkörper 6 und die Beilagscheibe 8 und eine Schraubenmutter 16 hindurchge­ führt. Das andere Ende des Stabes 3 weist einen bombierten Bund 9 auf. Zwischen diesem Bund 9 und der Grundplatte 7 und damit zwischen dem Bund 9 und dem einen Ende des den Stab 3 enthaltenden Rohres 4 ist eine Druckfeder 10 angeordnet, die den Stab 3 unter Zugbe­ anspruchung hält, und damit die Mutter 16 gegen die Außenseite der Beilagscheibe 8 drückt.

Der Stab 3 mit den darauf angeordneten Teilen und die Druckfeder 10 bilden den Tempera­ turfühler, der mit den Schrauben 11 an den Schaltknopf 2 angeschraubt ist, wobei dieser eine Ausnehmung 12 aufweist, in die das die Druckfeder 10 aufweisende Ende des Stabes 3 einge­ setzt ist.

Der Schaltkopf 2 bildet ein nach der oberen Seite offenes Gehäuse 13, wobei die offene Seite durch eine Deckplatte abdeckbar ist. Das Innere des Gehäuses 13 steht mit der Ausnehmung 12 über eine zumindest angenähert mit dem Stab 3 koaxial verlaufende Borung in Verbin­ dung, in der sich ein in der Bohrung axial verschiebbares Übertragungsglied 14 befindet. Das eine Ende des Übertragungsgliedes 14 liegt auf der bombierten Fläche des Bundes 9 auf.

Das Übertragungsglied 14 weist eine Betätigungsfläche 15 zur Betätigung des der Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur dienenden Kontaktsystems auf; das eine den beweglichen Kontakt 16 tragende Kontaktfeder 17 und eine den festen Kontakt 18 aufweisende Anschluß­ fahne 19 aufweist. Die Kontaktfeder 17 ist fest mit einem Federnträger 20 verbunden, der auch die Kontaktfeder 17 trägt.

Im dargestellten Zustand sind die Kontakte 16, 18 geöffnet und der Heizstromkreis ist somit unterbrochen. Wird der Heizstromkreis an Versorgungsspannung gelegt, so wird eine Heizwendel des Heizkörpers erhitzt, demzufolge die Temperatur im Raum zwischen einer Kochfläche und der Heizwendel ansteigt. Der Stab 3 dehnt sich aus, so daß das Übertragungs­ glied 14 auf die Betätigungsstelle der Kontaktfeder 17 hin bewegt wird. Erreicht die Tempe­ ratur im Raum zwischen der Kochfläche und der Heizwendel beispielsweise den Wert von 700°C, so stößt die Betätigungsfläche 15 des Übertragungsgliedes 14 gegen die Kontaktfeder 17, wobei schlagartig die Kontakte 16, 18 getrennt werden, so daß die Heizung abgeschaltet wird. Wird der Stab 3 im Zuge der folgenden Abkühlung verkürzt, so schnappt die Kon­ taktfeder 25 wieder in jene Stellung, in der die Kontakte 16, 18 geschlossen sind.

Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung eines Abstützkörpers 5 bzw. 6 jeweils an einem Ende des Quarzrohres 4 mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₁, der kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₂ des anschließenden Halteteiles, in Fig. 1 der jeweils aus Metall bestehenden Beilagscheibe 8 bzw. der Grundplatte 7, und größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₃ des Rohres, in Fig. 1 des Quarzglasrohres 4, ist, wird eine zu starke relative Radialbewegung zwischen dem Rohrende und dem Abstützkörper und somit eine Beschädigung der Rohrenden zuverlässig ausgeschlossen.

Die Abstützkörper 5 bestehen bevorzugt aus einem oxydkeramischen Werkstoff wie z. B. dem vorstehend erwähnten Al₂O₃ oder Steatit bzw. Berryliumoxyd. Materialien dieser Werkstoff­ gruppe verbinden die Vorteile einer hohen mechanischen Festigkeit und Zunderbeständigkeit bis 800°C mit einem größenordnungsmäßig günstig zwischen den Ausdehnungskoeffizienten α₂ und α₃ gelegenen Ausdehnungskoeffizienten α₁.

In jenen Anwendungsfällen, wo keine extrem hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Abstützkörper gestellt werden, kann unter Beibehaltung des günstigen Verhält­ nisses der drei Ausdehnungskoeffizienten zueinander und der Zunderbeständigkeit auch tech­ nisches Porzellan verwendet werden, welches seinerseits den Vorteil einer leichteren Bear­ beitbarkeit aufweist.

Sehr gute Ergebnisse hat man auch mit Ni-Fe-Co-Legierungen bzw. Ni-Fe-Legierungen erzielt. Nachteilig bei diesen Legierungen ist jedoch, daß deren Zunderbeständigkeit lediglich bis ca. 300°C reicht, so daß die Abstützkörper außerhalb der Heizzone zu liegen kommen müssen.

Das in Fig. 2 dargestellte Detail zeigt das dem Schaltgehäuse 30 benachbarte Ende eines einen Stab 31 umschließenden Rohres 32, das ein trichterförmig aufgeweitetes Ende 34 auf­ weist.

Zwischen dem metallischen Halteteil 35 des Schaltgehäuses 30 und dem Rohrende 34 ist ein eine kalottenförmige Oberfläche aufweisender Abstützkörper 36 vorgesehen.

Die Erfindung ist auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So können die Abstützkörper auch bei Stäben vorgesehen werden, welche auf ein Doppelkon­ taktsystem arbeiten. Bei solchen Ausführungsformen ist insbesondere die hohe mechanische Belastbarkeit der Abstützkörper wichtig. Ferner ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 nicht auf die Verwendung einer Beilagscheibe 8 beschränkt, die Stellmutter 16 kann direkt auf dem Abstützkörper aufsitzen, was insbesondere bei Abstützkörpern aus mechanisch hoch belastbarem Material der Fall sein wird.

Gleichermaßen ist die Erfindung bei einem trichterförmig aufgeweiteten Rohrende nicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschränkt. Der Abstützkörper 36 muß nicht durch den Metallteil 35 des Schaltgehäuses 30 hindurchgeführt sein, er kann auch in der Art einer Bei­ lagscheibe auf dem Metallteil 35 aufliegen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung wenigstens einer Temperatur von Strahlungs- oder Kontaktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten, bei der zur Rege­ lung und/oder Begrenzung der Temperatur wenigstens ein an einem Schaltgehäuse be­ festigter Temperaturfühler angeordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Aus­ dehnung aufweist, welcher Stab in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei das Rohr jeweils angrenzend an das Ende des Rohres den Stab umschließende Abstützkörper aufweist und diese jeweils zwischen Halteteilen gehal­ ten sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen jedem Ende des Rohres (4) und dem Halteteil (7, 8) ein den Stab (3) umschließender Abstützkörper (5, 6) ange­ ordnet ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient α₁ kleiner ist als der thermische Ausdehnungkoeffizient α₂ des anschließenden Halteteils (7, 8), aber größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient α₃ des Rohres (4) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (5, 6) aus oxydkeramischem Werkstoff, insbesondere Al₂O₃, gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (5, 6) aus Nickel-Eisen Kobalt-Legierungen gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (5, 6) aus technischem Porzellan gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der im Bereich des Schaltgehäuses (30) angeordnete Abstützkörper (36) kalottenförmig ausgebildet und das angrenzende Ende das Rohres (32) trichterförmig erweitert ist.