DE3601634C2 - Vorrichtung zum Regeln oder Begrenzen der Temperatur von Strahlungs- oder Kontaktheizkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln oder Begrenzen der Temperatur von Strahlungs- oder Kontaktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten mit Kochflächen, bei der zwischen dem Heizkörper und der Kochfläche wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung aufweist und in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler Zonen hoher und niedriger Wärmestrahlungsabsorption aufweist, und wobei das eine Ende des Stabes mit einem der Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur des Heizkörpers dienenden Kontaktsystem in Verbindung steht.

Es ist - gemäß der GB 2 132 060 A - eine derartige Vorrichtung bekannt, wobei die Wärme durch Halogenlampen erzeugt wird. Diese eignen sich für ein besonders rasches Aufheizen der Kochfläche und geben intensive Wärmestrahlung ab. Dies hat zur Folge, daß die von den Halogenlampen abgestrahlte Wärme vom Stab der Regelvorrichtung absorbiert wird, was einerseits eine sehr hohe Schaltfrequenz und damit erhöhten Kontaktverschleiß zur Folge hat und andererseits zu einer Verschiebung der zu regelnden Kochplattentemperatur führt. Um diesem Nachteil zu begegnen, wurde gemäß der zitierten Literatur der zwischen Kochplatte und Halogenlampen befindliche Stab durch eine geeignete, Infrarot-Strahlung reflektierende Schichte, z. B. Metalloxyd abgeschirmt. Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, den Stab in einem Röhrchen aus geeignetem Material einzuschließen. Eine derartige Abschirmung des Stabes hat infolge der Wärmestrahlungsreflexion zwar eine wesentliche Reduzierung der Schalthäufigkeit zur Folge, wobei jedoch das Δt, das ist der Temperaturunterschied zwischen Ein- und Ausschalten des Kontaktes, sehr hohe Werte erreicht, wodurch die mittlere Temperatur zwischen Ein- und Ausschalten des Reglers unzulässig tief absinkt.

Die GB 2 069 300 A offenbart eine elektrisch beheizbare Kochplatte, welche zumindest zwei Heizelemente aufweist. Zur Regelung der Temperatur einer Heizzone ist ein stabförmiger Temperaturfühler vorgesehen, welcher sich über alle Heizzonen erstreckt. Da der Temperaturfühler aber nur die Temperatur einer Heizzone bestimmen soll, sind die Bereiche des Temperaturfühlers, die sich über jenen Heizzonen befinden, die keine Ausdehnung des Temperaturfühlers zur Folge haben sollen, thermisch isoliert. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Stab des Temperaturfühlers in den erwähnten Bereichen von thermisch isolierenden oder von thermisch leitenden Materialien umgeben ist.

Hier werden lediglich Möglichkeiten der bereichsweisen vollständigen thermischen Isolation eines Temperaturfühlers angegeben, nicht jedoch solche zur Abschirmung des Temperaturfühlers gegenüber der direkten Wärmestrahlung.

Weiters ist gemäß der nicht vorveröffentlichten GB 2 146 431 A eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Kochplatte bekannt, welche Vorrichtung einen Stab mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der von einem Rohr mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten umgeben ist. Dieser Stab steht mit einem Kontaktsystem in Wirkverbindung, welches zum Ein- und Ausschalten der Heizleistung dient. Der Stab und/oder das ihn umgebende Rohr können zumindest bereichsweise mit einer wärmestrahlungsreflektierenden Schicht überzogen sein, alternativ dazu kann das Rohr selbst zumindest bereichsweise aus einem strahlungsreflektierendem Material gefertigt sein oder separate Schirmungselemente aus strahlungsreflektierendem Material den Stab und/oder das Rohr umgebend angeordnet sein.

Durch diese Maßnahmen kann zwar die Schaltfrequenz der Temperaturregelung reduziert werden, es entstehen jedoch zwischen Ein- und Ausschalten sehr hohe Temperaturunterschiede.

Durch die DE 33 02 489 A1 wurde ein elektrischer Strahlheizkörper zur Beheizung von Koch- oder Wärmeplatten insbesondere Glaskeramikplatten bekannt. Dabei sind in einer schalenförmigen Isoliermulde Heizelemente mit Abstand von der Glaskeramikplatte angeordnet. Für die Regelung der Temperatur der Glaskeramikplatte ist zwischen dieser Glaskeramikplatte und den Heizelementen ein stabförmiger Temperaturfühler angeordnet, welcher auf einem aus Isoliermaterial gebildeten Mittelsteg liegt und dadurch bereichsweise weitgehend von der direkten Strahlungseinwirkung der Heizelemente abgeschirmt ist. Diese Abschirmung wirkt nur temporär, so daß eine Erhöhung der Begrenzertemperatur, die an dem zum Temperaturfühler gehörigen Temperaturregler eingestellt ist, in einer ersten Ankochphase zur Erhöhung des anfänglichen Leistungsdurchsatzes erfolgt.

Eine derartige Anordnung bringt, wie schon angesprochen, nur eine temporäre, bereichsweise Abschirmwirkung gegen die direkte Strahlungseinwirkung der Heizelemente, wodurch, ähnlich wie bei dem Gegenstand der GB 2 132 060 A, eine sehr hohe Schaltfrequenz und damit erhöhter Kontaktverschleiß sowie eine ungenaue Temperaturregelung nach der Ankochphase auftritt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, die sowohl eine sehr große Schalthäufigkeit als auch eine ungenaue Temperaturregelung durch ein großes Δt während der gesamten Betriebsdauer ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zonen hoher und niedriger Wärmestrahlungsabsorption am Stab ausgebildet sind.

Durch eine derartige Kombination von zwei unterschiedliche Wärmestrahlungseigenschaften aufweisenden Zonen ist mit nur geringem Aufwand auch bei intensiver Wärmestrahlung von z. B. Halogenlampen eine genaue Temperaturregelung erzielbar.

Durch die Zonenaufteilung wird erreicht, daß ein Teil der Wärmestrahlung vom Stab vorwiegend reflektiert und ein Teil vorwiegend absorbiert wird. In vorteilhafter Weise können die Reflexions- und Absorptionswerte auf einfachste Weise durch entsprechende Zonenvergrößerung bzw. -verkleinerung auf die spezifischen Einsatzbedingungen angepaßt werden.

Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Zonenkombinaton ein vorgegebenes Δt erreichbar ist, wobei aber die Schalthäufigkeit bei Erhöhung der Funktionsdauer der Vorrichtung im Vergleich zu einem völlig unbeschichteten Stab ganz beträchtlich reduzierbar ist.

Entsprechend einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung sind beide Zonen in Längsrichtung des Stabes verlaufend angeordnet und über den Stabumfang verteilt. Eine derartige Ausbildung der Zonen hat den Vorteil, daß eine Längsverschiebung des Stabes bzw. der Vorrichtung in Relation zu den Halogenlampen, z. B. beim Justieren, keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Ebenso bleibt auch eine Verdrehung des Stabes um seine Längsachse ohne nachteilige Auswirkung. Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne kann erreicht werden, wenn in Weiterbildung der Erfindung die beiden Zonen streifenförmig ausgebildet und gegebenenfalls in unterschiedlicher Aufeinanderfolge über dem Stabumfang verteilt sind.

Die Zone niedriger Wärmestrahlungsabsorption kann aber auch gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung in vorteilhafter Weise ring- und/oder schraubenlinienförmig auf dem eine hohe Wärmeabsorption aufweisenden Stab angeordnet sein. Auch bei einer derartigen Ausbildung bleiben Längsverschiebungen des Stabes zu den Wärmestrahlungslampen sowie auch Verdrehungen um die Stablängsachse ohne nachteilige Auswirkungen auf das Meßergebnis.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht auch darin, daß die Zonen durch Aufbringen von Metallen hoher Wärmereflexion auf einen Teil der Staboberfläche gebildet sind. Durch diese ledigliche Teilbeschichtung wird die bereits vorhanden Eigenschaft der Staboberfläche für eine hohe Wärmeabsorption zur Bildung der entsprechenden absorbierenden Zone ausgenützt. Das Aufbringen des Metalls kann durch Aufdampfen, galvanisch, Siebdruck u. dgl. erfolgen.

Schließlich ist noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stab und dem Rohr mit geringer thermischen Ausdehnung eine zylindrische Hülle mit hoher Wärmereflexion zur Bildung der Zone niedriger Wärmestrahlungsabsorption vorgesehen ist. Eine derartige Hülle ist einfach herstell- und auch problemlos in das Rohr einführbar, wobei in vorteilhafter Weise die Ausdehnungsbewegungen des Stabes ohne Einfluß auf die Hülle bleiben.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen Heizkörper mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln oder Begrenzen der Temperatur,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine vergrößerte Vorrichtung gemäß der Erfindung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht eines Stabes gemäß der Vorrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Stabes.

Die Fig. 1 zeigt einen Strahlungsheizkörper 1, der aus einem Topf 2 besteht, in dem sich eine durch eine Halogenlampe 3 bestehende Heizzone befindet. Diese Halogenlampe 3 ist unterhalb einer Platte 4 aus Metall, Glaskeramik od. dgl. angeord­ net, die eine Kochfläche 5 bildet. Zwischen der Kochfläche 5 und der Halogenlampe 3 ist ein Temperaturfühler 6 ange­ ordnet, der mit einem das Kontaktsystem aufweisenden Schaltkopf 7′ in Verbindung steht, wobei der als, Vorrich­ tung zum Regeln oder Begrenzen der Temperatur ausgebildete Temperaturfühler 6 in einfacher Weise durch eine Bohrung des Strahlungsheizkörpers 1 hindurchgeführt ist. Auf diese Weise ist der Temperaturfühler 6 jener Temperatur ausgesetzt, die unterhalb der Kochfläche 5 in dem Wärmestrahlungsraum zwischen der Kochfläche, und der Halogenlampe 3 herrscht.

In Fig. 2 ist die den Temperaturfühler 6 und den Schaltkopf 7′ aufweisende Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur in vergrößertem Maßstab detailliert dargestellt. Der Temperaturfühler 6 weist einen Stab 7 aus einem hoch­ temperaturbeständigen Material mit hohem thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten, beispielsweise einer Nickel-Chrom- Legierung oder einer Ye-Cr-Legierung auf, der in einem Rohr 8 angeordnet ist. Der Stab 7 weist zwei Zonen 30, 31 auf, von denen die Zone 31 am freien Ende des Stabes 7 angeordnet und durch die Oberfläche des einen hohen thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten aufweisenden Stabmaterials gebildet ist (Fig. 3). Die an den Schaltkopf 7 anschließende Zone 30 ist durch eine Schicht 32 aus Metall hoher Wärmereflexion z. B. Silber gebildet, das auf den Stab 7 aufgebracht ist. Das Aufbringen dieser Schicht kann durch Aufdampfen, durch Galvanisieren, durch Siebdruck od. dgl. erfolgen. Durch die­ se Schicht 32 wird ein Großteil der von den Halogenlampen 3 abgegebenen Strahlungswärme reflektiert und somit vom Stab 7 abgehalten. Lediglich die auf die vordere Zone 31 hoher Wärmeabsorption auftreffende Strahlung wird absorbiert und verursacht eine entsprechende Dehnung des Stabes 7.

Versuche mit einem 17 cm langen Stab 7, bei dem die Zone 31 hoher Wärmeabsorption 4 cm lang war, haben ein Δt, das ist jener Temperaturunterschied, in dem der Kontakt 24, 26 ein- bzw ausgeschaltet wird, von 30°C bei nur neun Schaltvorgängen in 2 Minuten ergeben. Im Vergleich dazu lag bei einem völlig unbeschichteten Stab gleicher Länge und bei Verwendung gleicher Halogenlampen die Schalthäufigkeit fast dreimal so hoch, wobei das Δt allerdings kleiner als 10°C war. Bei einem zur Gänze mit Silber beschichteten Stab gleicher Länge war zwar nur eine sehr niedrige Schalthäufig­ keit, jedoch ein Δt von 100°C festzustellen.

Das den Stab 7 umschließende Rohr 8 ist beispielsweise aus Quarz gebildet. Die Enden des Rohres 8 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 7 ist durch Bohrungen der Kappe 11, der Grundplatte 13 und der Kappe 12 hindurchgeführt und weist bei dem an der Kappe 12 liegenden Ende ein Gewinde 5 auf, auf das eine Mutter 16 geschraubt ist.

Das andere Ende des Stabes 7 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 7 ent­ haltenden Rohres 8 ist eine Druckfeder 18 angeordnet, die den Stab 7 unter Zugbeanspruchung hält und damit die Mutter 16 gegen die Außenseite der Kappe 12 drückt.

Der Stab 7 das Rohr 8, die beiden Kappen 11, 12, die Mutter 16, die Grundplatte 13 und die Druckfeder 18 bilden den Temperaturfühler, der mit den Schrauben 14 an den Schalt­ kopf 7′ angeschraubt ist, wobei der Schaltkopf 7′ eine Ausnehmung 19 aufweist, in die das die Druckfeder 18 auf­ weisende Ende des Stabes 7 eingesetzt ist.

Der Schaltkopf 7′ 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 7 axial laufende Bohrung in Verbindung, in der sich ein in der Bohrung axial verschiebbares Übertragungsglied 22 be­ findet. Das eine Ende des Übertragungsgliedes 22 liegt auf der bombierten Fläche des Bundes 17 auf. Das Übertragungs­ glied 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 Kontakte 26 auf­ weisende Anschlußfahne 27 aufweist. Die Kontaktfeder 25 ist fest mit einem Federnträger 28 verbunden, der auch die Kontaktfeder 25 trägt.

In dem in Fig. 2 ersichtlichen Zustand sind die Kontakte 24, 26 geöffnet und der Heizstromkreis ist somit unterbrochen. Wird der Heizstromkreis an Versorgungsspannung gelegt, so wird die Halogenlampe 3 erhitzt, demzufolge die Temperatur im Raum zwischen der Kochfläche 5 und der Halogenlampe 3 ansteigt. Als Folge davon dehnt sich der Stab 7 aus, so daß das Übertragungsglied 22 auf die Betätigungsstelle der Kontaktfeder 25 hin bewegt wird.

Sobald im Raum zwischen der Kochfläche 5 und der Halogenlampe 3 die Temperatur von beispielsweise 700°C erreicht wird, so drückt die Betätigungsfläche 23 des Übertragungsgliedes 22 gegen die Kontaktfeder 25, wobei schlagartig die Kontakte 24, 26 getrennt werden, so daß die Heizung abgeschaltet wird. Da der Stab 7 im Zuge der folgenden Abkühlung ver­ kürzt wird, schnappt die Kontaktfeder 25 wieder in jene Stellung, in der die Kontakte 24, 26 geschlossen sind.

Der in Fig. 4 im Querschnitt ersichtliche Stab 7 weist über seinem Umfang verteilte Zonen 35 auf, die z. B. aus aufge­ brachten Silber bestehen. Diese Zonen verlaufen in Längs­ richtung des Stabes und zwar über dessen gesamte Länge. Zwischen diesen Zonen 35 befinden sich Zonen 36, die aus dem unbeschichteten Material des Stabes 7 gebildet sind. Vorzugsweise sind diese Zonen streifenförmig gestaltet und wechseln miteinander gegebenenfalls in unterschiedlicher Aufeinanderfolge untereinander ab.

Die Zone hoher Wärmereflexion kann aber auch ring- und/oder schraubenlinienförmig auf dem eine höhe Wärmeabsorption auf­ weisenden Stab 7 angeordnet sein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Regeln oder Begrenzen der Temperatur von Strahlungs- oder Kon­ taktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten mit Kochflächen, bei der zwischen dem Heizkörper und der Kochfläche wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung aufweist und in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler Zonen hoher und niedriger Wärmestrahlungsabsorption aufweist, und wobei das eine Ende des Stabes mit einem der Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur des Heizkörpers dienenden Kontaktsystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (30, 31) hoher und niedriger Wärmestrahlungsabsorption am Stab (7) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (30, 31) in Längsrichtung des Stabes (7) verlaufend angeordnet und über den Stabumfang ver­ teilt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zo­ nen (30, 31) streifenförmig ausgebildet und gegebenenfalls in unterschiedlicher Aufeinan­ derfolge über den Stabumfang verteilt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (30) niedriger Wärmestrahlungsabsorption ring- oder schraubenlinienförmig auf dem eine hohe Wärmeabsorption aufweisenden Stab (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (30, 31) durch Aufbringen von Metallen hoher Wärmereflexion auf einen Teil der Staboberfläche gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen Stab (7) und dem Rohr (8) mit geringer thermischer Ausdehnung eine zylindrische Hülle (37) mit hoher Wärmereflexion zur Bildung der Zone niedriger Wärmestrahlungsabsorption (30) vorgesehen ist.