DE4143038A1 - Verriegelungsvorrichtung fuer eine backofentuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine Backofentür, bei der ein Verriegelungselement durch einen Bewegungsantrieb aus einer Entriegelungs­ stellung in Abhängigkeit von der durch einen Meßfühler festgestellten Temperatur in der Backofenmuffel in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, und bei dem ein mit dem Verriegelungselement in Wirkverbindung stehender Halteelektromagnet vorgesehen ist, dessen Wicklung von einem im Bereich der Backofenmuffel angeordneten Thermo­ element gespeist wird, wobei das Verriegelungselement mit einem Federelement derart verbunden ist, daß sich das Verriegelungselement beim Unterschreiten der zulässigen Öffnungstemperatur des Backofens entgegen der Haltekraft des Halteelektromagneten in die Entriegelungsstellung bewegt, nach DBP (deutsche Patentanmeldung P 41 33 069.2).

Bei Backöfen mit pyrolytischer Selbstreinigung ist es erforderlich, während der Selbstreinigung, die bei ho­ hen Temperaturen von etwa 500°C stattfindet, die Back­ ofentür selbsttätig zu verriegeln und damit gegen unbe­ fugtes Öffnen zu sichern. Hierzu sind die verschieden­ sten Verriegelungsvorrichtungen bekannt.

Bei einer vorbekannten Verriegelungsvorrichtung nach der DE 32 06 606 A1 greift eine Sperrklinke in einen Türhaken ein, wobei die Sperrklinke durch einen Elektro­ magneten in Abhängigkeit von der Temperatur in der Back­ ofenmuffel in die Verriegelungsstellung bewegt und aus dieser zurückgezogen wird.

Ein wesentlicher Nachteil der mit elektromagnetischem Bewegungsantrieb aufgebauten Verriegelungsvorrichtungen besteht darin, daß bei der Entriegelung der Backofentür zur Betätigung des Elektromagneten durch den ein Verrie­ gelungselement aus seiner Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung geführt wird, Netzspannung vorhanden sein muß. Bei Netzspannungsausfall läßt sich die Back­ ofentür trotz Unterschreiten der zulässigen Öffnungstem­ peratur nicht mehr öffnen. Außerdem stören gegebenenfalls die bei den Schaltvorgängen von gesteuerten Elektromag­ neten auftretenden lauten Schaltstöße.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Backofentür anzugeben, welche beim Unterschreiten der zulässigen Öffnungstem­ peratur unabhängig von der vorhandenen Netzspannung das Öffnen der Backofentür ermöglicht, und dabei die harten, lauten Schaltstöße von gesteuerten Elektromagneten ver­ meidet.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß als Bewegungsantrieb des Verriegelungselementes ein Memorymetallelement vorgesehen ist.

Als Memory-Metalle sind Legierungen bekannt geworden, die nach geeigneter Behandlung aufgrund von Gefügeum­ wandlungen ihre Gestalt in Abhängigkeit von der Tempe­ ratur ändern (siehe beispielsweise J. Perkins, "Shape Memory Behaviour and thermoelastic Martensit Transfor­ mations", Materials Science and Engineering 1981, 51, 181-192). Wesentliche Voraussetzung für den Formge­ dächtniseffekt ist eine martensitische Umwandlung eines ursprünglich austenitischen Gefüges, wobei die betei­ ligten Phasen einen möglichst geringen Volumenunterschied sowie geordnete Gitterstrukturen aufweisen müssen. Da­ bei ist sowohl ein Formgedächtniseffekt als sogenannter "Einwegeeffekt" möglich, bei dem das Memorymetallelement lediglich eine Hochtemperaturform beim Erwärmen annimmt. Eine zweifache Formänderung ("Zweiwegeeffekt") kann durch entsprechende Behandlung induziert werden, wobei sich beim abwechselnden Erwärmen und Abkühlen jeweils wieder die Hochtemperaturform bzw. die Niedertemperaturform des Formstücks einstellt.

Die Beheizung des Memorymetallelementes zur Erreichung der Umwandlungstemperatur kann zweckmäßig

• a) über die joulesche Wärme des stromdurchflossenen Memoryelementes,
• b) durch ein getrenntes elektrisches Heizelement,
• c) durch den Wärmeinhalt eines heißen Gases,
• d) durch Strahlungswärme, beispielsweise unmittelbar durch die Hitzeerzeugung im Backofen erfolgen.

Vorteilhaft erscheint eine Ausbildung, bei der das Memorymetallelement mit einer elektrischen Heizvor­ richtung versehen ist, welche in Abhängigkeit von der durch den Meßfühler festgestellten Temperatur in der Backofen­ muffel das Memorymetallelement derart aufheizt, daß die Umwandlungstemperatur überschritten und die Form­ änderung zur Verriegelung eingeleitet wird. Die elek­ trische Heizvorrichtung, deren Heizleistung beispiels­ weise 5 W beträgt, kann dabei zweckmäßig als Heizwick­ lung, aber auch als PTC oder in anderer Weise ausgebil­ det sein.

Besonders günstig erscheint ferner eine Ausführungsform, bei der das Memorymetallelement zur Beheizung durch di­ rekten Stromdurchgang ausgebildet ist.

Die Steuerung der Beheizung erfolgt zweckmäßig durch ei­ ne elektrische Steuerlogik, welche in Abhängigkeit von der am Meßfühler in der Backofenmuffel festgestellten Temperatur die Beheizung des Memorymetallelementes steuert. Die Steuerlogik schaltet dabei auch die Heizelemente für den pyrolytischen Selbstreinigungsvorgang.

Eine solche Verriegelungsvorrichtung ist kostengünstig herstellbar, sie arbeitet betriebssicher und leise.

Dabei kann es ferner vorteilhaft sein, daß die eine Ver­ riegelung auslösende Umwandlungstemperatur in die Hoch­ temperaturform des Memorymetallelementes unterhalb der Verriegelungstemperatur des Backofens, vorzugsweise unter­ halb von etwa 150°C liegt. Die Heizvorrichtung ist dabei zweckmäßig derart steuerbar, daß die Beheizung des Memory­ metallelementes kurzzeitig erfolgt, wobei das Beheizungs­ intervall wesentlich kürzer ist als die Verriegelungs­ dauer des Backofens.

Das Memorymetallelement wird bei Ausnutzung des Zwei­ wegeeffektes zweckmäßig als Druckfeder, aber auch ge­ gebenenfalls vorteilhaft als Zugfeder, Biegebalken oder dgl. ausgebildet, wobei die entspannte Niedertem­ peraturform beim Überschreiten der Umwandlungstempera­ tur unter erheblicher Krafterzeugung in die Hochtempera­ turform übergeht.

Das Memorymetallelement kann bei der Ausnutzung des Einwegeeffektes vorteilhaft ebenfalls als Druckfeder ausgebildet sein, wobei dann nur die Umwandlung in die Hochtemperatur thermisch möglich ist. Die Rückführung in die Ausgangslage erfolgt zweckmäßig durch ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement zur Erzeugung der Rückholkraft.

Als Legierungen für ein solches Memoryelement können ab­ hängig von der Umgebungstemperatur und dem gewünschten Ein- oder Zweiwegeeffekt Nickel/Titan, Kupfer/Aluminium/ Zinn und andere verwendet werden.

Die aktuelle Öffnungstemperatur des Backofens wird durch das Thermoelement in Verbindung mit dem am Verriegelungs­ element angreifenden Federelement festgelegt. Schwankungen der Federkraft bewirken dabei gegebenenfalls erhebliche Unterschiede der Öffnungstemperatur. Damit das Verriege­ lungselement, wenigstens bei vorhandener Netzspannung, bei einer definierten zulässigen Öffnungstemperatur des Backofens in die Entriegelungsstellung bewegt wird, kann es ferner zweckmäßig sein, im geschlossenen Stromkreis des Thermoelementes einen gesteuerten Schalter vorzusehen, welcher bei einer definierten Temperatur, beispielsweise bei 300°C, die von der Steuerlogik über den Tempe­ raturmeßfühler in/oder an der Backofenmuffel festge­ stellt wird, den Stromkreis des Thermoelementes und der Wicklung des Haltemagneten auftrennt, so daß das entspannte Federelement die Eingreifspitze zur Freigabe zurückziehen kann.

Ein weiterer Vorteil kann gegebenenfalls dadurch er­ reicht werden, daß der Eingriff der Spitze der Verrie­ gelungsstange durch einen wegabhängigen Mikroschalter überwacht wird. Erreicht dabei die Eingreifspitze im Verriegelungsvorgang, beispielsweise durch Federbruch, nicht die vorgesehene Endlage, so wird über die Steuer­ logik die Durchführung des pyrolytischen Reinigungsvor­ ganges verhindert.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Aus­ führungsbeispielen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ver­ riegelungsvorrichtung mit beheiztem den Zweiwegeeffekt ausnutzenden Memorymetall­ element,

Fig. 2 eine Ausschnittsdarstellung aus Fig. 1 mit beheiztem nach dem Einwegeeffekt arbeiten­ den Memorymetallelement.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 erkennt man eine Verriegelungsstange 1, welche eine Eingreif­ spitze 2 zum Eingriff in die Backofentür bzw. in das mit ihr verbundene Gestänge aufweist. Ein als Druckfeder ausgebildetes Memorymetallelement 3 ist einseitig an ei­ nem gehäusefesten Lagerteil 4 und an einer auf der Ver­ riegelungsstange 1 befestigten Abstützscheibe 5 abge­ stützt. Die Verriegelungsstange 1 ist in dem Lagerteil 4 und in einer Gleitlagerung 6 gelagert. Zur Beheizung des als Druckfeder ausgebildeten Memorymetallelementes 3 ist eine elektrische Heizwicklung 7 vorgesehen, wel­ che über Anschlußleitungen 8, 9 mit einer Steuerlogik 10 verbunden ist. Die Steuerlogik weist Anschlüsse 11, 12 für eine Niederspannungsversorgung mit etwa 30 Volt Gleichspannung auf.

Über eine Lasche 13 ist die Verriegelungsstange 1 mit einer Gleitstange 14 gekoppelt, welche sich dadurch mit der Verriegelungsstange 1 gleichsinnig bewegt. Die Gleitstange 14 ist in zusätzlichen Gleitlagern 15, 16 ge­ lagert. Sie trägt eine Ankerplatte 17, die an die Pol­ flächen eines Halteelektromagneten 18 gegen die Wirkung einer Schraubendruckfeder 19 anlegbar ist.

Der Halteelektromagnet 18 ist über Verbindungsleitungen 20, 21 mit einem Thermoelement 22 verbunden. Die tempera­ turempfindliche Übergangsstelle 23 des Thermoelementes 22 befindet sich im Innenraum der Backofenmuffel 24 bzw. außerhalb in deren thermischen Einflußbereich. Die beiden äußeren Anschlußstellen des Thermoelementes 25, 26 werden auf gleicher Temperatur außerhalb der Backofenmuffel ge­ halten.

Die Schraubendruckfeder 19 ist einseitig an der Anker­ platte 17 und an einer gehäusefesten Auflage 27 abgestützt.

Zur Temperaturmessung in der Backofenmuffel 24 dient ein Temperaturmeßfühler 28, der über eine zusätzliche Verbindungsleitung 29 mit der Steuerlogik 10 verbunden ist. Dieser Temperaturmeßfühler 28 kann innerhalb der Backofenmuffel 24 aber auch außerhalb in Wärmekontakt mit der Backofenmuffel 24 angeordnet sein.

Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Nachdem der Temperaturmeßfühler 28 das Erreichen der Verriegelungstemperatur von 316°C festgestellt hat, wird über die Steuerlogik 10 die Heizvorrichtung 7 für das Memorymetallelement 3 eingeschaltet. Nach einer Auf­ heizzeit von etwa 60 Sekunden wird die Umwandlungstempe­ ratur des Memorymetallelementes 3 in die Hochtemperatur­ form bei 150°C erreicht und das als Druckfeder ausgebil­ dete Memorymetallelement bewegt die Verriegelungsstange 1 um den Betrag A vorwärts zum Eingriff in entsprechende Verriegelungsteile der Backofentür.

Mit der Bewegung der Verriegelungsstange 1 erfolgt gleichzeitig und gleichgerichtet die Bewegung der Gleitstange 14, wodurch die Ankerplatte 17 an die Pol­ flächen des Halteelektromagneten 18 angelegt wird. Durch die von dem Thermoelement 22 erzeugte Thermo­ spannung wird die Ankerplatte 17 an den Polflächen des Elektromagneten 18 festgehalten. Die Beheizung des Me­ morymetallelementes 3 kann danach durch die Steuerlogik 10 abgeschaltet werden. Innerhalb von etwa 240 Sekunden kühlt sich das Memorymetallelement 3 ab und nimmt nach Unterschreiten der Umwandlungstemperatur für die Nieder­ temperaturform seine Ausgangslage wieder ein. Da jedoch die Ankerplatte 17 durch den Halteelektromagneten 18 wei­ terhin festgehalten wird, bleibt die Verriegelung der Backofentür bestehen.

Zum Entriegeln der Backofentür muß zunächst die Tem­ peratur in der Backofenmuffel unter den Wert von 316°C etwa auf 210°C abfallen. Bei diesem Temperatur­ wert reicht die Thermospannung des Thermoelementes 22 nicht mehr für eine ausreichende Haltekraft des Halte­ elektromagneten 18 aus. Der Halteelektromagnet 18 gibt die Ankerplatte 17 frei, und die Schraubendruckfeder 19 schiebt die Gleitstange 14 und die über die Lasche 13 mit ihr verbundene Verriegelungsstange 1 in die Aus­ gangslage zurück, bei der die Eingreifspitze 2 nach Zu­ rücklegung des Verriegelungsweges A aus der Backofentür freikommt und die Verriegelung aufhebt.

In Fig. 2 ist die Ausbildung mit einem Memorymetall­ element mit Einwegeeffekt und Gegenkraft dargestellt. Als zusätzliches Bauelement ist hierbei eine Rückhol­ feder 30 vorgesehen, welche einseitig an einer gehäuse­ festen Auflage 31 und an der mit der Verriegelungsstange 1 verbundenen Abstützscheibe 5 abgestützt ist. Die übri­ gen Teile des Schaltungsaufbaus entsprechen der Ausfüh­ rung nach Fig. 1.

Der Verriegelungsvorgang entspricht dem zu Fig. 1 be­ schriebenen Ablauf, wobei zusätzlich die Rückholfeder 30 komprimiert wird.

Beim Entriegelungsvorgang ist das Memorymetallelement 3 nicht mehr beheizt und wird von der Rückholfeder, welche eine kleinere Kraft als die Schraubendruckfeder 19 aus­ übt, in seine Ausgangslage zurückgeschoben. Bis zu einem entsprechenden Abfall der Thermospannung des Thermoele­ mentes 22 wird die Ankerplatte 17 an den Polflächen des Halteelektromagneten 18 festgehalten. Damit verbleibt die Eingreifspitze 2 der Verriegelungsstange 1 in der Blockierstellung. Nach Unterschreiten der Haltekraft des Halteelektromagneten 18 wird die Ankerplatte 17 frei­ gegeben und unter der Wirkung der Schraubendruckfeder 19 bewegt sich die Gleitstange 14 und die mit ihr ge­ kuppelte Verriegelungsstange 1 in die Ausgangslage zu­ rück, in der die Blockierung der Backofentür aufgeho­ ben wird. Während des Entriegelungsvorganges unterstützt die Rückholfeder 30 die Wirkung der Schraubendruckfeder 19.

Im Stromkreis des Thermoelementes 22 ist ein von der Steuerlogik 10 über Verbindungsleitungen 33, 34 ge­ steuerter Schalter 32 vorgesehen.

Die Steuerlogik 10 liefert bei vorhandener Netzspannung beim Unterschreiten der zulässigen Öffnungstemperatur einen Steuerimpuls an den Schalter 32, wodurch dieser in die Öffnungsstellung übergeht. Dadurch wird der Strom­ kreis des Thermoelementes 22 aufgetrennt und die Anker­ platte 17 fällt vom Haltemagneten 18 ab. Nunmehr kann die Schraubendruckfeder 19 die Gleitstange 14 und die über die Lasche 13 gekuppelte Verriegelungsstange 1 in die Öffnungsstellung zurückführen.

Claims (12)

1. Verriegelungsvorrichtung für eine Backofentür, bei der ein Verriegelungselement (1) durch einen Bewe­ gungsantrieb (3) aus einer Entriegelungsstellung in Abhängigkeit von der durch einen Meßfühler (28) festgestellten Temperatur in der Backofenmuffel (24) in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, und bei dem ein mit dem Verriegelungselement (1) in Wirkver­ bindung stehender Halteelektromagnet (18) vorgesehen ist, dessen Wicklung von einem im Bereich der Back­ ofenmuffel angeordneten Thermoelement (22) gespeist wird, wobei das Verriegelungselement mit einem Feder­ element (30) derart verbunden ist, daß sich das Ver­ riegelungselement (1) beim Unterschreiten der zu­ lässigen Öffnungstemperatur des Backofens entgegen der Haltekraft des Halteelektromagneten (18) in die Entriegelungsstellung bewegt, nach Patent Nr. (deutsche Patentanmeldung P 41 33 069.2), da­ durch gekennzeichnet, daß als Be­ wegungsantrieb des Verriegelungselementes (1) ein Memorymetallelement (3) vorgesehen ist.

2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß als Be­ wegungsantrieb ein Memorymetallelement (3) mit Zwei­ wegeffekt vorgesehen ist.

3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß als Antriebselement ein Memorymetallelement (3) mit Einwegeeffekt in Verbindung mit einem eine Rückstellkraft erzeugenden Federelement (30) vor­ gesehen ist.

4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Memorymetallelement (3) mit einer elektrischen Heizvorrichtung (7) versehen ist, welche in Abhän­ gigkeit von der am Meßfühler (28) in der Backofen­ muffel (24) festgestellten Temperatur das Memory­ metallelement (3) derart aufheizt, daß die Um­ wandlungstemperatur überschritten und die Formän­ derung zur Verriegelung eingeleitet wird.

5. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Memorymetallelement (3) zur Beheizung durch direkten Stromdurchgang ausgebildet ist.

6. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die eine Verriegelung auslösende Umwandlungstemperatur des Memorymetallelementes (3) unterhalb der Ver­ riegelungstemperatur des Backofens liegt.

7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (7) derart steuerbar ist, daß die Beheizung des Memorymetallelementes kurzzeitig er­ folgt, wobei das Beheizungsintervall wesentlich kürzer ist als die Verriegelungsdauer.

8. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Memorymetallelement (3) mit Zweiwegeeffekt als Druckfeder ausgebildet ist.

9. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Memorymetallelement mit Einwegeeffekt (3) als Druck­ feder ausgebildet ist, und daß das mechanische Feder­ element zur Erzeugung der Rückstellkraft ebenfalls als Druckfeder (30) ausgebildet ist.

10. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerlogik (10) vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von der vom Meßfühler (28) in der Backofenmuffel (24) festgestellten Tempera­ tur die Heizvorrichtung (7) steuert.

11. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Thermoelementes (22) ein steuer­ barer Schalter (32) angeordnet ist, welcher durch die elektronische Steuerlogik (10) derart steuerbar ist, daß er beim Unterschreiten der vom Meßfühler (28) in die Backofenmuffel (24) festgestellten Öffnungstemperatur den Halteelektromagneten (18) abschaltet.

12. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Erreichens der Verriegelungs­ stellung am Verriegelungselement (1) ein wege­ abhängiges Überwachungsorgan vorgesehen ist.