DE3821495A1 - Temperaturschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP-B-1 16 861 ist ein Temperaturschalter dieser Art beschrieben, bei dem ein Steg aus dem Isoliermaterial des Strahlheizkörpers, in den er eingebaut ist, eine Strahlungs­ abschirmung und damit eine temporäre Ansprechverzögerung bewirkt. Dadurch ist es möglich, in der Anheiz- bzw. Ankoch­ phase den Strahlheizkörper auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, das dann beim weiteren Betrieb auf einen Behar­ rungszustand abgesenkt wird, der mit Sicherheit keine Schä­ digung der Glaskeramikplatte im Dauerbetrieb bewirkt.

Außerdem wird dadurch die Schaltamplitude bzw. -hysterese vergrößert, so daß die Schalthäufigkeit unter allen Bedin­ gungen auf einen zulässigen Wert gesenkt werden kann.

Zum gleichen Zweck und aufbauend auf dem gleichen Prinzip wird bei der WO85/01412 der Ausdehnungsstab oder das ihn umgebende Rohr mit einer Strahlung reflektierenden Beschich­ tung versehen. Diese reflektierende Beschichtung erfordert zusätzliche Maßnahmen bei der Herstellung und ist im Betrieb auch in ihrer Wirkung gefährdet, da die Reflektionseigen­ schaften in ihrer Wirkung im Betrieb nachlassen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache Aus­ führung eines Temperaturschalters mit thermischer Ansprech­ verzögerung sowie mit erhöhter Schaltamplitude bzw. verrin­ gerter Schalthäufigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.

Wenn der Ausdehnungsstab bei einer bevorzugten Ausführung zumindest teilweise aus einer Chrom-Eisen-Aluminium-Legie­ rung besteht, die bei einer Temperatur oberhalb 800°C (ca. 1100 K), vorzugsweise oberhalb 1100°C (ca. 1400 K) wärmebe­ handelt ist, wird erstaunlicherweise gegenüber dem üblichen Chrom-Nickel-Material, das für den Ausdehnungsstab bisher verwendet wurde, eine wesentliche Erhöhung der Schaltampli­ tude von beispielsweise ±2 K auf ±5,5 K erreicht. Die Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung, die vorzugsweise ca. 22% Chrom und ca. 5% Aluminium enthält, ist unter der Bezeich­ nung "Kanthal A, Al, AF" von der Firma AB Kanthal, Schweden, erhältlich und wurde bisher als elektrisches Widerstandsma­ terial verwendet. In Verbindung mit der Wärmebehandlung be­ wirkt es die angegebenen Werte der thermischen Verzögerung bzw. Erhöhung der Schaltamplitude.

Insbesondere ist dies der Fall beim Einsatz des Temperatur­ schalters in einem Strahlungs-Heizelement mit wenigstens einem Hochtemperatur-Strahlheizkörper, wie einem von einem Lampenkolben umschlossenen Heizwiderstand. Durch sein schnelles Ansprechen könnte die Schaltamplitude anderenfalls sehr klein werden und damit eine erhöhte Schalthäufigkeit zur Folge haben, die, vor allem auch wegen der hohen Anlauf­ ströme derartiger Hochtemperatur-Strahlungsheizkörper unzu­ lässig wäre.

Das den Ausdehnungsstab umgebende Rohr könnte in bekannter Weise aus Quarzglas bestehen. Besonders bevorzugt besteht es aber aus einem die Strahlung der Strahlungsquelle absorbie­ renden Material, z.B. Cordierit, Glaskeramik oder Quarzgut mit geringer Transmission. Dadurch kann die Wirkung der Er­ findung weiter verbessert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen auch aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Diese Merkmale kön­ nen sowohl einzeln als auch in Unterkombinationen miteinan­ der vorteilhafte Ausführungen der Erfindung bilden und auch auf anderen Gebieten als den angegebenen einsetzbar sein.

Anhand der einzigen Zeichnungsfigur, die einen schema­ tischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, d.h. einen Temperaturschalter zeigt, wird die Erfindung nachstehend erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Strahlheizkörper 11, der unterhalb einer Glaskeramikplatte 12 angeordnet ist und diese beheizt. In einer Trägerschale 33 liegt eine Isolation 42. Heizwiderstände 13 oder 14 sind in Form einer in die Isolation 42 teilweise eingebetteten Heizwendel 13 und in Form eines Hochtemperatur-Strahlheiz­ körpers 14 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um eine Halogenlampe handelt, deren Heizwendel 15 aus Wolfram oder ähnlichen Materialien in einem Quarz-Lampenkörper 16 enthalten ist und die aufgrund von Temperaturen oberhalb 1500 K ein Abstrahlungsspektrum weitgehend im sichtbaren Bereich hat.

Durch bis zur Glaskeramikplatte 12 reichende Ränder 17 der Isolierung 12 ragt ein Temperaturfühler 20 eines Temperatur­ schalters 21 hindurch, der zwischen der Glaskeramikplatte 12 und den Heizkörpern 13, 14 quer über den Strahlheizkörper ragt.

Bei dem Temperaturschalter 21 handelt es sich um einen fest eingestellten, jedoch justierbaren Temperaturbegrenzer, des­ sen als Schnappschalter 22 angedeutetes Schaltwerk die Heiz­ körper 13 und/oder 14 abschaltet oder in anderer Weise ihre Leistung mindert, wenn die Begrenzungstemperatur erreicht ist. Der Temperaturschalter 21 kann noch ein zweites, auf eine andere Temperatur einjustiertes Schaltwerk besitzen, das beispielsweise zur Anzeige des Heißzustandes der Glas­ keramikplatte verwendet werden kann.

Das Schaltwerk 22 und ggf. das weitere Schaltwerk wird durch einen Ausdehnungsstab 24 betätigt. Er ist in einem Rohr 25 angeordnet, das aus einem Material besteht, das gegenüber dem Ausdehnungsstab 24 einen wesentlich geringeren thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten hat.

Der Ausdehnungsstab 24 ist durch eine an einem verdickten Kopf 30 des Ausdehnungsstabes 24 angreifende Feder 26 im außerhalb des beheizten Bereiches des Strahlheizkörpers lie­ genden Schalterkopf 27 des Temperaturschalters 21 in Rich­ tung auf den Schnappschalter hin belastet, so daß er eine an seinem freien Ende auf einem Gewinde 28 angeordnete Justier­ mutter 29 gegen das Ende des Rohres 25 und damit das Rohr auch gegen den Schalterkopf zieht. Diese sog. Zugstab-Anord­ nung, bei der der Zugstab das thermisch aktive Teil ist, ermöglicht eine relativ einfache Montage, weil der Tempera­ turfühler durch die Feder selbst in kraftschlüssiger Anlage gehalten wird und trotz einiger Flexibilität der Anbringung die Justiergenauigkeit nicht leidet.

Der Ausdehnungsstab 24 besteht aus einer Chrom-Eisen-Alumi­ nium-Legierung, die vorzugsweise ca. 22% Chrom und 5% Alu­ minium enthält und die von der Firma AB Kanthal, Schweden, unter der Bezeichnung Kanthal A bzw. Al bzw. AF als Heizlei­ ter-Legierung hergestellt wird. Der aus diesem Material her­ gestellte Stab wird, nachdem er mit einem Kopf 30 für den Angriff der Feder 26 und dem Gewinde 28 versehen ist, einer Voralterung in einer Temperatur oberhalb 800°C, vorzugswei­ se bei ca. 1200°C in normaler Atmosphäre unterzogen. Da­ durch wird auch die durch die mechanische Umformung entste­ hende Spannung abgebaut. Dadurch wird überraschenderweise die Schaltamplitude um etwa ±3 K erhöht.

Das gegenüber dem Ausdehnungsstab-Material 24 geringer ther­ misch dehnende Rohr 25, das als Vergleichsnormal für den Ausdehnungsstab dient, besteht vorteilhaft aus einem haupt­ sächlich strahlungsabsorbierenden Material. Das bedeutet, daß es Strahlung praktisch nicht durchläßt, andererseits aber auch in größtem Umfang absorbiert und nicht reflek­ tiert. Vorteilhaft konnte ein Material aus Keramik, insbe­ sondere Cordierit KER 410, eingesetzt werden. Cordierit ist ein Mischkristall aus den Oxiden der Stoffe Magnesium, Alu­ minium und Silicium (2 MgO×2 Al₂O₃ × 5 SiO₂). Die Keramik KER 410 wird aus tonsubstanz-magnesiumsilicat-haltigen Mas­ sen bei Temperaturen um 1400°C gebrannt und besitzt als Hauptbestandteil das Mineral Cordierit. Es kann auch über die Schmelzphase und spätere Kristallisations-Behandlung hergestellt werden (vgl. D.M. Müller, "Sintered Cordierite Glass-Ceramic Bodies", Corning N.Y., US-PS 39 26 648). Bei Cordierit handelt es sich um ein durchgesintertes Material, das hauptsächlich strahlungsabsorbierend ist.

Ferner wurde als geeignetes Material ein Rohr 25 aus Glas­ keramik verwendet, beispielsweise vom Typ Ceran 85573. Die­ ses Material ist eine Glaskeramik mit niedriger Transmission und hoher Strahlungsabsorption, die durch eine Metalloxid- Beimischung erreicht wird.

Ferner wurde mit Erfolg ein Rohr 25 aus undurchsichtigem Quarzgut untersucht, beispielsweise aus dem Material "Roto­ sil" der Firma Heraeus. Auch hier ist die Strahlungsundurch­ lässigkeit und Absorptionsfähigkeit durch eine Beimischung von Metalloxiden erreicht worden.

In allen Fällen war es möglich, eine jeweils den Anforderun­ gen entsprechende mehr oder weniger große thermische Verzö­ gerung und Schaltamplitudenverzögerung zu erreichen. Insbe­ sondere bei der Verwendung von Hochtemperatur-Strahlungs­ heizkörpern 14 war diese Verzögerung, was auch den Anforde­ rungen der Praxis entspricht, größer, so daß beim ersten Ansprechen bei vorher kaltem Temperaturfühler die Abschal­ tung später erfolgt als beim nachfolgenden Dauerbetrieb. Vor allem wurde auch die Schalthysterese bzw. -amplitude vergrö­ ßert, ohne die Ansprechempfindlichkeit im übrigen zu beein­ trächtigen. Die Schaltamplitude sollte etwa in der Größen­ ordnung zwischen 4 und 10 K (bevorzugt 5 bis 7 K) liegen, um eine Schalthäufigkeit zu erreichen, die unter 5 Schaltungen pro Minute liegt. Anderenfalls könnte die durch jeweilige örtliche Bestimmungen festgelegte Maximalzahl von Schaltun­ gen pro Minute (wegen Netz- bzw. Funkstörungen) überschrit­ ten werden. In diesem Zusammenhang wirkt die strahlungsab­ sorbierende Ausbildung des Rohres 25 besonders dann vorteil­ haft, wenn die thermische Masse vergrößert wird. Dies kann dadurch geschehen, daß die bisher übliche Wandstärke für derartige Rohre von 1 mm wesentlich überschritten wird und vorzugsweise bis 3 mm gewählt wird. Auch ein Vorsehen ande­ rer wärmespeichernder Mittel am Rohr wäre möglich. Es ist auch denkbar, die strahlungsabsorbierenden Eigenschaften in einer Oberflächenbeschichtung vorzusehen, während das Rohr wärmespeichernde Eigenschaften aufweist. Durch die Verwen­ dung eines Rohrmaterials mit geringer thermischer Leitfähig­ keit kann die Wärmeabgabe vom Rohr an den Ausdehnungsstab behindert werden, was auch durch zwischengeschaltete Isola­ tionsmaßnahmen erreichbar wäre.

Vorzugsweise ist das am Rohr verwendete strahlungsabsorbie­ rende Material im gesamten für die Strahlungs-Beheizung we­ sentlichen Wellenlängenbereich strahlungsabsorbierend, ins­ besondere in dem Bereich, der von der jeweiligen Strahlungs­ quelle direkt herrührt, so daß das Ansprechverhalten haupt­ sächlich von der Beheizung und nicht von Sekundärstrahlern, z.B. der Glaskeramikplatte, bestimmt wird. Diese Charakteri­ stik ist bei den beschriebenen Materialien gewährleistet, ist aber auch mit anderen Materialien zu erreichen.

Claims (9)

1. Temperaturschalter mit wenigstens einem Schaltkontakt (22) und einem Temperaturfühler (20), der aus einem Ausdehnungsstab (24) aus einem Material mit höherem und einem diesen umgebenden Rohr (25) aus einem Material mit einem demgegenüber geringeren thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten besteht und mit Mitteln zur temporä­ ren, insbesondere bei Strahlung wirksamen Ansprechver­ zögerung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungs­ stab (24) zumindest teilweise aus einer Chrom-Eisen- Aluminium-Legierung besteht, die bei einer Temperatur oberhalb 800°C (ca. 1100 K), vorzugsweise oberhalb 1100°C (ca. 1400 K) wärmebehandelt ist.

2. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung ca. 22% Chrom und ca. 5% Aluminium enthält.

3. Temperaturschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungs­ stab (24) federnd auf Zug belastet ist und durch eine vorzugsweise justierbare Verbindung (28, 29) an seinem vom Schaltkontakt (22) entfernten Ende mit dem Rohr (25) verbunden ist.

4. Temperaturschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er fest auf eine Begrenzungstemperatur eingestellt ist, wobei vorzugs­ weise ein zweiter, eine Heißanzeige für eine Kochstelle betätigender Signalkontakt vorgesehen ist.

5. Temperaturschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Strah­ lungs-Heizelement (11) mit wenigstens einem Hochtempe­ ratur-Strahlheizkörper (14) wie einem von einem Lampen­ kolben (16) umschlossenen Heizwiderstand (15) vorgese­ hen ist.

6. Temperaturschalter, insbesondere nach einem der vorher­ gehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (25) zumindest teilweise ein von einer Strahlungs­ quelle (13, 14) kommende Strahlung hauptsächlich absor­ bierendes Material aufweist.

7. Temperaturschalter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (25) aus strahlungsabsorbieren­ dem Material besteht und/oder eine erhöhte thermische Trägheit und/oder eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist.

8. Temperaturschalter nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (25) aus einem durchgesinterten keramischen Material, vorzugs­ weise aus Cordierit, aus Glaskeramik, insbesondere einer Glaskeramik mit geringen Transmissions-Eigen­ schaften oder aus einem strahlungsabsorbierenden, nichttransmissivem Quarzgut besteht, wobei das Rohrma­ terial ggf. eine Metalloxid-Beimischung enthält.

9. Temperaturschalter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsabsorbierende Material eine zumindest den von der Strahlungsquelle (13, 14) direkt herrührenden Wellenlängenbereich umfas­ senden Absorptionsbereich aufweist.