DE3817450A1 - Vorrichtung zur temperaturregelung bzw. begrenzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung wenigstens eines Temperaturwertes bzw. eines Temperaturbereiches von Strahlungs- bzw. Kontaktheizkörpern von elektrischen Kochgeräten in Verbindung mit aus Metall, Glaskeramik oder dgl. bestehenden Koch­ flächen, bei der zur Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur des Heiz­ körpers bzw. der Heizkörper zwischen dem (den) Heizkörper(n) und der Kochfläche wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung aufweist, welcher Stab in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei das eine Ende des Stabes mit einem der Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur des Heizkörpers dienenden Kontaktsystem in Verbindung steht.

Die Regelung bzw. Begrenzung der Temperatur erfolgt bei einer Vorrichtung genannter Art insbesondere dadurch, daß die temperaturbedingte axiale Bewegung des stabförmigen Temperaturfühlers zur Betätigung des Kon­ taktsystems herangezogen wird und zwar auf die Weise, daß der Heiz­ stromkreis bei einer bestimmten Temperatur eingeschaltet und bei einer bestimmten höheren Temperatur wieder ausgeschaltet wird.

Das den Stab umschließende Rohr besteht aus einem hochtemperaturbe­ ständigen Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungkoeffizienten und hält den Stab gegen den in axialer Richtung verlaufenden Wider­ stand einer Schraubenfeder, wodurch das Rohr unter axialer Druck­ spannung steht.

Dies führt insbesondere bei der Montage zu Schwierigkeiten, da dabei ein Verschwenken des Kontaktgehäuses gegenüber dem Temperaturfühler, d.h. der Stab/Rohr-Anordnung, erfolgen kann.

Diese Schwenkbewegung verursacht jedoch häufig ein Absplittern des aus Quarzglas gebildeten Rohres am kontaktgehäuseseitigen Ende und somit eine Dejustierung der eingestellten Regeltemperatur.

Es ist auch - gemäß US-PS 42 15 332 - eine derartige Vorrichtung be­ kannt, bei der das Quarzglasrohr in eine Halterung aus Metall einge­ setzt ist, die auf einer kalottenförmigen Wölbung aufliegt. Bei einer Verkippung des Glasrohres kann es jedoch zufolge der Toleranzen zwischen Glasrohr und Metallhalterung zu einem Absplittern kommen. Außerdem muß aufgrund der hohen Reibungswerte zwischen den metallenen Halterungen und der ebenfalls aus Metall ausgebildeten Wölbung eine Schmierung durch­ geführt werden. Sind die Reibungswerte durch fehlende Schmierung zu hoch, ist häufig ein Bruch des Rohres unvermeidlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vor­ richtung zur Regelung bzw. Begrenzung wenigstens eines Temperatur­ wertes bzw. eines Temperaturbereiches von Strahlungs- bzw. Kontakt­ heizkörpern der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die unter Beibehaltung der ursprünglichen Form des Rohres, insbesondere der Endbereiche ein problemloses Verschwenken des Temperaturfühlers, d.h. der Stab/Rohr-Anordnung, vor allem ohne dessen Beschädigung er­ möglicht. Ferner muß gewährleistet sein, daß das Übertragungsglied, d.h. der Kontaktstößel, trotz einer sich unwillkürlich beim Einbau bzw. der werkseitig vorgenommenen Verschwenkung des Temperaturfühlers, im wesentlichen auf demselben Niveau verbleibt, somit keine axiale Bewegung des Übertragungsgliedes und keine Veränderung der Schalt­ temperatur auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das schalter­ seitige Ende des Rohres in einer konkav ausgebildeten, in Richtung zum Kontaktsystem vorgewölbten Aufnahme abgestützt ist, wobei die Aufnahme mittig eine Durchbrechung zur Durchführung des Stabes aufweist.

Eine derartige Abstützung des in den meisten Fällen aus Quarzglase gebildeten Rohres in einer konkaven Aufnahme ermöglicht bei besonders einfacher Ausbildung des Rohres selbst ein weitgehend problemloses Ver­ schwenken des Temperaturfühlers, d.h. der Stab/Rohr-Anordnung ohne Absplitterung des mit der konkaven Aufnahme in Berührung stehenden Rohr­ endbereiches. Dabei entstehen durch die in einem Winkel zur Rohrachse liegenden Abstützflächen der Aufnahme in Richtung zur Rohrachse keine Zugkräfte sondern ausschließlich Druckkräfte, die bekanntlich von Glas besser als Zugkräfte aufgenommen werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Aufnahme entsprechend der Oberfläche der Kappe eines Rotations­ körpers vorgewölbt ist. Mit der derartigen Formgebung der Aufnahme ist ein besonders hoher Schwenkwinkel des Stabes ohne wesentliche Dejustierung des Reglers nach dem Einbau möglich. Der Rotationskörper kann z.B. ein Ellipsoid, Paraboloid, aber auch eine Kugel sein.

ln Weiterbildung der Erfindung kann bei Ausbildung des Rotationskörpers als Kugel so vorgegangen werden, daß der Mittelpunkt der die Aufnahme­ fläche für das schalterseitige Ende des Rohres bildenden Kugelfläche mit dem Mittelpunkt einer das kontaktseitige Ende des Stabes ab­ schließenden Kugelfläche zusammenfällt. Bei dieser Ausbildungsform ist gewährleistet, daß unabhängig vom Schwenkwinkel des Stabes eine Niveauänderung des Übertragungsgliedes bzw. Kontaktstößels und somit eine Dejustierung des Reglers nicht erfolgt.

Die Aufnahme kann aber auch entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kegelstumpfförmig ausgebildet sein. ln diesem Fall hat es sich gezeigt, daß beim Verschwenken des Stabes um ± 5° sich lediglich so geringe Niveauänderungen des Übertragungsgliedes ergeben, daß die hiedurch verursachten Temperaturverfälschungen in der Größenordnung von etwa 3°C liegen, was innerhalb der Toleranzgrenze des Reglers liegt.

Dies kann insbesondere dann sicher erreicht werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen wird, daß - in einer Quer­ schnittsebene gesehen - im gesamten Schwenkbereich 2 q des Rohres in jedem Berührungspunkt des schalterseitigen Rohrendes mit der Aufnahme­ fläche die Tangentialfläche an die Aufnahmefläche mit der Längsachse des im Rohr befindlichen Stabes einen Winkel α von etwa 40° bis 80°, vorzugsweise etwa 65° bis 75°, einschließt. Dies gilt in gleicher Weise auch für die Fälle, bei welcher die Vorwölbung der Aufnahme die Form eines beliebigen Rotationskörpers (Ellipsoid, Paraboloid etc.) hat und diese Winkelbedingung für jeden Berührungspunkt des Schwenkbereiches gilt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der von der Tangential­ fläche mit der zur Stablängsachse senkrechten eingeschlossene β Winkel größer als der Haftreibungswinkel ist. Hiedurch ist gewährleist, daß das Rohrende gleitend in der Aufnahme sitzt und in keiner Schwenkwinkel­ lage die Gefahr existiert, daß die Rohrkante an der Aufnahmefläche hängen bleibt, der Stab samt dem Rohr kippt und es zu einer Niveauänderung des Übertragungsgliedes und somit zu einer Dejustierung des Reglers kommt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann darin bestehen, daß zwischen Kontaktgehäuse bzw. Befestigungsflansch und einer Anlagefläche am schalterseitigen Stabende, z.B. einem Bund des Stabkopfes, eine U-förmige Blattfeder angeordnet ist, die sich mit jeweils einem Schenkel gegen das Kontaktgehäuse bzw. Befestigungsflansch und die Anlagefläche abstützt. Durch diese Ausführung kann eine außer­ ordentlich geringe Bauhöhe erreicht und die Seitenbewegung des Stabes, welche eine kleine Dejustierung des Reglers bewirken würde, relativ klein gehalten werden. Hiebei ist es von Vorteil, wenn die Schenkel der Blatt­ feder senkrecht zur Reglerlängsachse angeordnet sind.

Die Ausbildung der Aufnahme selbst kann in Weiterbildung der Erfindung alternativ entweder in den zur Anlage an das Kontaktgehäuse bzw. den Befestigungsflansch gelangenden Schenkel der U-förmigen Blattfeder, in einem mit dem Kontaktge­ häuse in Verbindung stehenden Befestigungsflansch oder in einem gesonderten, lösbar mit dem Kontaktgehäuse verbundenen Büchsenbauteil ausgebildet sein, wobei sich die erstere Möglichkeit als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand mehrerer in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Querschnitt in Stablängsrichtung durch einen Teil einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Temperaturregelung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils eine vergrößerte, erfindungsgemäß ausgebildete Ab­ stützmöglichkeit des Rohres,

Fig. 5 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und

Fig. 6 und 7 jeweils eine schematische Darstellung einer Rohrabstützung.

Eine in Fig. 1 und 2 nur zum Teil dargestellte Vorrichtung 1 zur Temperatur­ regelung bzw. Begrenzung setzt sich aus einem der Einfachheit halber ledig­ lich in strichpunktierten Linien dargestellten Kontaktgehäuse 2 und einem mit diesem verbundenen Befestigungsflansch 3 zusammen. Das Kontaktgehäuse 2 mit einer beweglichen Kontaktfeder zur Unterbrechung des Stromkreises entspricht jenem Kontaktgehäuse, das bereits in der AT-PS 3 83 708 bzw. der US-PS 45 55 688 der gleichen Anmelderin ausführlich beschrieben wurde. Ein zylinderförmiges, im Kontaktgehäuse 2 längsgeführtes und zur Bewegung der Kontaktfeder vorgesehenes Übertragungsglied 4 ist zur Anlage an einen bund­ förmigen Kopf 5 eines aus Metall gebildeten Stabes 6 vorgesehen. Dieser Stab 6 ist größtenteils von einem aus Quarz gebildeten Rohr 7 mit geringer thermischer Ausdehnung umschlossen. Wie ebenfalls in den vorgenannten Patent­ schriften beschrieben, stützt sich das vom Kontaktgehäuse 2 entfernte Ende des Rohres 7 auf einer lösbar mit dem Stabende verbundenen Kappe ab. Zwischen dem Kopf 5 des Stabes 6 und dem mit dem Kontaktgehäuse 2 verbundenen Be­ festigungsflansch 3 ist eine U-förmige Blattfeder 8 mit zwei Schenkeln 9 und 10 angeordnet. Der dem Übertragungsglied 4 benachbarte Schenkel 9 der Blattfeder 8 weist eine Durchbrechung 11 auf, durch die der Stab 6 hindurchge­ führt ist. Der zur Anlage an den Befestigungsflansch 3 vorgesehene Schenkel 10 der Blattfeder 8 weist eine konkav ausgebildete Aufnahme 12 auf, die in Richtung zum Kontaktgehäuse 2 vorgewölbt ist und mittig eine Durch­ brechung 13 zur Aufnahme bzw. Durchführung des Stabes 6 aufweist. Die kegel­ stumpfförmig ausgebildete Aufnahme 12 weist in ihrem dem Rohrende 7 zuge­ wandten Bereich eine mit dem Rohr in Berührung stehende Fläche 14 auf, die - im Querschnitt gesehen - mit der Längsachse des Rohres 7 bzw. des Stabes 6 einen Winkel α von etwa 40° bis etwa 80°, vorzugsweise 65° bis 75°, ein­ schließt. Da sowohl die Bohrung 11 als auch die Ausnehmung 13 der Blatt­ feder 8 größer als der Durchmesser des Stabes 6 ausgebildet ist, kann dieser mitsamt dem Rohr 7 ungehindert verschwenkt werden. Dabei werden die in der Aufnahme 12 befindlichen Kanten des Rohres 7 geringfügig entlang der Be­ rührungsebene 14 verschoben, wobei durch die, mit Bezug auf das Rohrende konkave Berührungsebene 14 in Richtung zur Rohrlängsachse lediglich Druckkräfte auf das Rohr 7 übertragen werden, wie dies das Vektorparallelogramm in Fig. 6 veranschaulicht.

Die beiden Schenkel 9 und 10 der Blattfeder 8 stehen zueinander unter Vor­ spannung, so daß unter Abstützung des einen Schenkel 10 auf dem Befestigungs­ flansch 3 über den anderen Schenkel 9 Zugkräfte in Richtung zum Übertragungs­ glied 4 auf den Stab 6 übertragen werden. Durch die Ausbildung dieser Blatt­ feder als Flachfeder mit senkrecht zur Stablängsrichtung verlaufenden Ebenen ist eine besonders geringe Bauhöhe des Kontaktgehäuses 2 ausführbar.

Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, die konkav ausgebildete in Richtung zum Kontaktgehäuse vorgewölbte Aufnahme 12 im Federschenkel selbst auszu­ bilden, wie dies bei der in Fig. 1 und dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Gemäß Fig. 3 kann auch so vorgegangen werden, daß diese Aufnahme 12 für das Rohr 7 direkt im Befestigungsflansch 3 vorgesehen ist. Gemäß der weiteren Ausführungsform nach Fig. 4 kann die Aufnahme 12 zur Ab­ stützung des Rohres 7 als Büchsenbauteil 15 ausgebildet sein, der z.B. lösbar im Befestigungsflansch 3 angeordnet ist.

Ferner ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß die Aufnahme 12 kegelförmig ausgebildet ist. So kann auch die Form der Ausnehmung ein Rotationsdrehkörper, vorzugsweise eine Kugel - wie dies insbesondere Fig. 5 zeigt - oder auch ein Ellipsoid bzw. ein Paraboloid sein.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 handelt es sich bei der Aufnahme 12 um eine Kugelkalotte, wobei wesentlich ist, daß der Mittelpunkt M der Kugelfläche 14 mit dem Radius R ₁ auch der Mittelpunkt jener Kugel mit der Radius R ₂ ist, deren Kalotte das obere mit dem Übertragungsglied 4 zusammenwirkende Ende des Stabkopfes bildet. Zufolge dieser Bedingung ist gewährleistet, daß bei einem Verschwenken des Stabes 6 samt Rohr 7 um einen Winkel γ keine Änderung der Höhenlage ± h des Übertragungs­ gliedes 4 erfolgt. Im Falle eines Ellipsoids bzw. Paraboloids gilt diese Mittelpunktbeziehung hinsichtlich der im Scheitelpunkt die Ellipsoid- bzw. Paraboloidkappe berührenden Hilfskugel.

Ist die Aufnahmefläche 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kegel­ stumpfförmig und schließen die Kegelerzeugenden einen im vorstehend ge­ nannten Bereich liegenden Winkel von 40° bis etwa 80° mit der Längsachse des Rohres 7 ein, dann ist gewährleistet, daß bei einem Verschwenken um z.B. γ=±5° die Niveauänderung ± h des Übertragungsgliedes 4 derart geringfügig ist, daß dies lediglich Temperaturverfälschungen von ca. ± 3°C entspricht, was innerhalb der Toleranzgrenzen liegt.

In der Darstellung gemäß Fig. 6 ist der von der Tangentialebene der Auf­ nahme 12 im Rohrberührungspunkt mit der zur Stablängsachse senkrechten eingeschlossene Winkel mit β bezeichnet. Sofern dieser Winkel β größer als der Haftreibungswinkel ist, kann ein Kippen des Stabes 6 mitsamt dem Rohr 7 ausgeschlossen werden.

Zur Verringerung der Reibungskräfte kann das Rohrende in der Aufnahme 12 unter Vermittlung einer Scheibe 21, z.B. auf Teflon, abgestützt sein. Diese Scheibe kann in den die Aufnahme bildenden Bauteil eingesetzt (Fig. 6) oder aber auch auf diesen aufgesetzt sein. Aus den dargestellten Kraft­ vektoren ist ersichtlich, daß die resultierende Kraft P in Richtung zur Stablängsachse wirkt, somit im Rohr nur Druckspannungen hervorruft.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Variante ist am schalterseitigen Ende des Rohres 7 eine Büchse 20 aus Metall angeordnet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung wenigstens eines Temperatur­ wertes bzw. eines Temperaturbereiches von Strahlungs- bzw. Kontaktheiz­ körpern von elektrischen Kochgeräten in Verbindung mit aus Metall, Glas­ keramik oder dgl. bestehenden Kochflächen, bei der zur Regelung bzw. Be­ grenzung der Temperatur des Heizkörpers bzw. der Heizkörper zwischen dem (den) Heizkörpern(n) und der Kochfläche wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist, der einen Stab mit hoher thermischer Ausdehnung aufweist, welcher Stab in einem Rohr mit geringer thermischer Ausdehnung angeordnet ist, wobei das eine Ende des Stabes mit einem der Regelung bzw. Begrenzung der Tem­ peratur des Heizkörpers dienenden Kontaktsystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das schalterseitige Ende des Rohres (7) in einer konkav ausgebildeten, in Richtung zum Kontaktgehäuse (2) vorgewölbten Aufnahme (12) gegebenenfalls unter Vermittlung einer Zwischenlage, wie z.B. einer Scheibe, Büchse oder dgl. aus Kunststoff oder Metall, abgestützt ist, wobei die Aufnahme (12) mittig eine Durchbrechung (13) zur Durchführung des Stabes (6) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (12) entsprechend der Oberfläche der Kappe eines Rotationskörpers vorgewölbt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotations­ körper eine Kugel ist, und daß der Mittelpunkt (M) der die Aufnahmefläche (14) für das schalterseitige Ende des Rohres (7) bildenden Kugelfläche mit dem Mittelpunkt (M) einer das kontaktseitige Ende des Stabes (6) abschließenden Kugelfläche zusammenfällt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (12) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß - in einer Querschnittsebene gesehen- im gesamten Schwenkbereich des Rohres (7) in jedem Berührungspunkt des schalterseitigen Rohrendes mit der Auf­ nahmefläche (14) die Tangentialfläche an die Aufnahmefläche (14) mit der Längsachse des im Rohr (7) befindlichen Stabes (6) einen Winkel (α) von etwa 40° bis 80°, vorzugsweise etwa 65° bis 75°, einschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Tangentialfläche mit der zur Stablängsachse Senkrechten eingeschlossene Winkel (β) größer als der Haftreibungswinkel zwischen Rohr und Aufnahme­ fläche ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kontaktgehäuse (2) bzw. Befestigungsflansch (3) und einer Anlage­ fläche am schalterseitigen Stabende, z.B. einem Bund des Stabkopfes (5), eine U-förmige Blattfeder (8) angeordnet ist, die sich mit jeweils einem Schenkel (9 bzw. 10) gegen das Kontaktgehäuse (2) bzw. Befestigungsflansch (3) und die Anlagefläche abstützt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (9, 10) der Blattfeder (8) senkrecht zur Vorrichtungslängsachse ausgerichtet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (12) in dem zur Anlage an das Kontaktgehäuse bzw. den Befestigungs­ flansch gelangenden Schenkel (10) der U-förmigen Blattfeder (8) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (12) in einem mit dem Kontaktgehäuse (2) in Verbindung stehenden Befestigungsflansch (3) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (12) in einem gesonderten, lösbar mit dem Kontaktgehäuse (2) verbundenen Büchsenbauteil (15) angeordnet ist.