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Die
vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitsheizgefäße und insbesondere
Flüssigkeitsheizgefäße, welche
ummantelte Heizelemente besitzen, die an der Unterseite der Basis
des Gefäßes angebracht
sind, um eine Flüssigkeit
in dem Gefäß zu erwärmen.
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Ein
Beispiel eines solchen Flüssigkeitsheizgefäßes ist
in der
EP-A-63665 (SEB)
offenbart, wobei in der in dem Dokument offenbarten Anordnung das Heizelement
an der Basis des Flüssigkeitsheizgefäßes über eine
Wärmediffusionsplatte
aus Aluminium oder einem ähnlichen,
sehr leitfähigen
Metall angebracht ist. Die Wärmediffusionsplatte
dient zur Verteilung von Wärme
von dem Heizelement über
die Basis des Heizgefäßes.
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Bei
typischen Flüssigkeitsheizgefäßen ist eine
thermisch sensitive Steuerung/Regelung vorgesehen, um ein Überhitzen
des Heizgeräts
in dem Fall zu verhindern, dass das Gefäß trocken eingeschaltet wird
oder trockenkocht. Bei Anordnungen, wie den oben beschriebenen,
ist auch eine thermisch sensitive Steuerung/Regelung an der Wärmediffusionsplatte
angebracht.
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DE-U-9102908.2 offenbart
ein Flüssigkeitsheizgefäß gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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US 4270067 offenbart eine
elektrische Bratpfanne mit einer Heizbasis.
EP-A-0700654 offenbart ein
Flüssigkeitsheizgefäß mit einer
Umfangsstufe, welche eine Element aufnimmt.
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Die
Anmelder haben erkannt, dass der Effekt der Wärmediffusionsplatte in Wirklichkeit
relativ begrenzt ist und in der Praxis bewirkt, dass eine begrenzte
radiale Verbreitung der Wärme
von dem Heizelement bereitgestellt wird. Folg lich kann tatsächlich darauf
verzichtet werden. Jedoch müssen
Mittel bereitgestellt werden, um eine effektive Erfassung einer Überhitzung
des Heizgeräts
in dem Fall einer Trockenkoch- oder Trockeneinschaltsituation zu
ermöglichen.
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Die
Anmelder haben danach geforscht, eine solche Anordnung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Flüssigkeitsheizgefäß nach Anspruch
1 bereit.
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Somit
wird gemäß der Erfindung
Wärme direkt
in die Basis des Flüssigkeitsheizgefäßes ohne Erfordernis
einer Wärmediffusionsplatte übertragen. Ein
Wärmeleitelement,
welches über
und in gutem thermischen Kontakt mit dem Heizelement angeordnet
ist und auch in thermischem Kontakt mit der Gefäßbasis ist, erlaubt es, Wärme zu einer
thermisch sensitiven Steuerung/Regelung zu leiten, welche eine Überhitzung
des Heizgeräts
erfassen kann. Es ist wichtig, dass das Wärmeleitelement in thermischem
Kontakt sowohl mit dem Heizelement als auch mit der Basis des Heizgefäßes ist,
da die Gefäßbasis während eines
normalen Betriebs des Heizgeräts dazu
dient, die Temperatur der Wärmeleitelementplatte
auf einer niedrigeren Temperatur zu halten, um auf diese Weise eine
unbeabsichtigte Betätigung
einer daran angebrachten Steuerung/Regelung während der Erwärmung von
Flüssigkeit
in dem Gefäß zu verhindern.
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Vorzugsweise
umfasst das Wärmeleitelement
einen Streifen oder eine Platte, welche über einem Abschnitt des Heizelements
angebracht ist. Die Platte besteht vorzugsweise aus einem Material
mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, beispielsweise aus
Aluminium, Kupfer oder Legierungen von diesen.
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Die
Leitelementplatte muss nur mit einem relativ kleinen Abschnitt des
Heizelements im Eingriff sein, um seine Funktion zu erfüllen. Folglich
braucht das Wärmeleitelement
in einer bevorzugten Ausführungsform
nur mit einem begrenzten Umfangsbereich des Elements im Eingriff
zu sein. Üblicherweise wird
dies weniger als 90°,
vorzugsweise etwa 45° in Umfangsrichtung
des Heizelements sein.
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Das
Leitelement erstreckt sich vorzugsweise über wenigstens die Hälfte der
radialen Breite des Abschnitts des Heizelements und höchst vorzugsweise über die
gesamte Breite des Abschnitts. Tatsächlich erstreckt sich das Leitelement
in einer bevorzugten Ausführungsform
radial jenseits des Elements und ist an der Gefäßbasis jenseits des Elements
angebracht.
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Das
Leitelement kann mit einem geeigneten Anordnungsmittel versehen
sein, um seine genaue Anordnung an dem Heizgerät und der Gefäßbasis zu unterstützen. Das
Anordnungsmittel kann mit dem Heizelement und/oder der Basis des
Gefäßes selbst im
Eingriff sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gefäßbasis schalenförmig und
das Leitelement erstreckt sich wenigstens teilweise die Seite der Schale
zur Anordnung hinauf.
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Eine
Mehrzahl von Wärmeleitelementen können zur
Aufnahme einer Mehrzahl von thermischen Steuer/Regelmitteln vorgesehen
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst ein einzelnes Leitelement Befestigungsstellen für eine Mehrzahl von
thermisch sensitiven Steuer/Regelmitteln.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Anordnung für
eine Verwendung mit einer thermisch sensitiven Steuerung/Regelung
mit einem Paar von thermisch sensitiven Stellelementen bestimmt.
Ein Beispiel einer solchen Steuerung/Regelung ist die Steuerung/Regelung
U17 oder U18 des Anmelders. In dieser Ausführungsform erstreckt sich das
thermische Leitelement vorzugsweise über die Basis des Heizgefäßes und
ist mit jeweiligen entgegengesetzten Abschnitten des Heizelements
im Eingriff. Die jeweiligen Befestigungsstellen für die Steuer/Regelstellelemente
sind daher durch eine zentrale Materialbrücke verbunden.
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Das
Leitelement kann mit Öffnungen
versehen sein, um sowohl Materialkosten einzusparen als auch den
Wärmefluss
in dem Element zu bewältigen. Beispielsweise
kann das Leitelement mit Öffnungen, z.
B. Schlitzen, versehen sein, welche sich um die Stellelementbefestigungsstellen
erstrecken, um eine Wär meübertragung
in den zentralen Bereich der Gefäßbasis zu
verhindern, welche unnötig
ist, und die Wärme
auf den Bereich der Stellelementbefestigungsstellen zu konzentrieren.
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Die Öffnungen
sind vorzugsweise Schlitze und in einer Ausführungsform können sie
bogenförmig
sein.
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Das
Wärmeleitelement
der Erfindung kann auch mit einem Mittel versehen sein, um an diesem eine
Steuerung/Regelung anzubringen. Folglich kann das Wärmeleitelement
mit einer oder mehreren Laschen oder anderen Befestigungsstellen
für eine Steuerung/Regelung
versehen sein.
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Vorzugsweise
ist das Wärmeleitelement
in der richtigen Lage an das Element und die Heizgefäßbasis hartgelötet oder
gelötet.
Um diesen Vorgang zu unterstützen,
ist die Leitplatte vorzugsweise mit einer oder mehreren Öffnungen
versehen, welche den Austritt von Flussmitteln usw. während des
Verbindungsverfahrens erlaubt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann das Element und das Leitelement mit Lötpaste beschichtet werden und
gemeinsam an der Gefäßbasis angeordnet
werden und der Aufbau dann erhitzt werden, um die Platte und das
Element in der richtigen Lage anzulöten.
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Das
Element und das Leitelement könnten formschlüssig miteinander
verbunden sein, z. B. durch Pressen, um die Anordnung zu unterstützen.
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Das
Element ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass seine Höhe geringer
als seine Breite ist. Vorzugsweise ist es im Schnitt im Allgemeinen
dreieckig oder trapezförmig
und ist mit einem Flansch an seiner Basis versehen, um seine Kontaktfläche mit der
Gefäßbasis zu
vergrößern.
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Vorzugsweise
besteht die Ummantelung des Heizelements aus Aluminium und höchst vorzugsweise
ist die Wanddicke der Ummantelung größer als 0,75 mm, weiter bevorzugt
etwa 1 mm, um eine Verformung bei der Erzeugung eines Flansches,
wie oben beschrieben, aufzunehmen.
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Das
Basiselement ist vorzugsweise aus einem Material mit einer niedrigen
thermischen Leitfähigkeit,
wie z. B. rostfreiem Stahl, hergestellt.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Basis mit einer Nut ausgebildet sein, welche das Heizelement
aufnimmt, und das Leitelement kann über die Oberseite des Heizelements
hinweg angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen ist die Basis
mit einer Umfangsstufe ausgebildet, welche das Heizelement aufnimmt.
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Bevorzugt
sind die Nut oder Stufe und das Element so bemessen, dass das Leitelement
auf gleicher Höhe
mit dem benachbarten Bereich der Basis liegt. Dies erlaubt es, ein
im Wesentlichen ebenes Leitelement zu verwenden.
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In
einer Ausführungsform
erstreckt sich das Leitelement im Wesentlichen um die gesamte Nut oder
Stufe, obwohl eine Öffnung
vorgesehen sein kann, um zu ermöglichen,
dass die kalten Enden des Heizelements hindurchragen.
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Draufsicht einer Heizbasis zeigt, welche lediglich zu Referenzzwecken
beschrieben ist;
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2 eine
Schnittansicht längs
der Linie II-II der 1 zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht des in den 1 und 2 gezeigten
Wärmeleitelements zeigt;
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4 eine
Draufsicht des Leitelements der 3 zeigt;
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5 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie V-V in 4 zeigt;
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6 eine
Seitenansicht eines in 4 gezeigten Leitelements zeigt;
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7 schematisch
eine alternative Elementkonfiguration zeigt;
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8 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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9 eine
Draufsicht von unten von der Anordnung der 8 zeigt,
wobei aber die Steuerung/Regelung entfernt ist; und
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10 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine
Heizbasis 2 zur Anbringung in der Basis eines Kunststoff-
oder Metallflüssigkeitsheizgefäßes (nicht
gezeigt) lediglich zu Referenzzwecken beschrieben. Die Heizbasis 2 umfasst
ein Basiselement aus rostfreiem Stahl 4, welches einen
Befestigungsflansch 6 zur Anbringung in dem Gefäßkörper besitzt.
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Die
Unterseite 8 des Basiselements 4 ist einwärts gekrümmt mit
einer flachen Bodenfläche 10. Ein
im Allgemeinen im Querschnitt dreieckiges, ringförmiges Aluminium-ummanteltes
Heizelement 12 ist um den Umfang der Unterseite des Basiselements 4 herum
angebracht. Ein im Allgemeinen rechteckiges Wärmeleitelement 14 ist
auch an der Unterfläche 10 angebracht,
erstreckt sich vollständig über die
Unterfläche 10 und über und
um gegenüberliegende
Abschnitte 16 des Heizelements 12.
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Das
Heizelement 12 ist im Schnitt im Allgemeinen dreieckig
und ist mit einer Aluminiumummantelung ausgebildet, welche um einen
Heizdraht und elektrisches Isoliermaterial in einer bekannten Weise angeordnet
ist. Sowohl das Ele ment 12 als auch das Heizgerätleitelement 14 sind
auf die flache Unterfläche 10 gelötet, wie
weiter unten beschrieben wird.
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Nun
dem Wärmeleitelement 14 zuwendend, ist
dieses detaillierter in den 3 bis 6 gezeigt. Das
Wärmeleitelement 14 ist
als ein Streifen aus einem Material mit einer hohen thermischen
Leitfähigkeit,
wie z. B. Aluminium oder Kupfer oder Legierungen von diesen, ausgebildet.
In dieser speziellen Ausführungsform
ist es aus einem Aluminiumstreifen mit einer Dicke von etwa 1 mm
ausgebildet.
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Das
Leitelement umfasst zwei Endabschnitte 20, 22,
welche über
das Heizelement 12 eingreifen. Die Endabschnitte 20, 22 sind
daher in einer Form im Allgemeinen komplementär zu der des Heizelements ausgebildet.
Die Endbereiche 20, 22 sind mit jeweiligen Anordnungslippen 24, 26 versehen,
welche sich, wie in 2 gesehen werden kann, über die
Seitenwand 28 der Unterseite 8 des Basiselements 4 nach unten
erstrecken, um auf diese Weise bei der Anordnung des Leitelements 15 auf
dem Basiselement 4 behilflich zu sein.
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Der
zentrale Bereich
30 des Wärmeleitelements
14 ist
mit Befestigungsstellen
32,
34 versehen, um bimetallische
Stellelemente
36 einer thermisch sensitiven Steuerung/Regelung
für das
Flüssigkeitsheizgefäß aufzunehmen.
In dieser speziellen Ausführungsform
ist die Anordnung für
eine Verwendung mit einer der Steuer/Regelbaureihen U17 oder U18
des Anmelders gedacht, deren Funktionsweise detailliert in der
WO 95/34187 beschrieben
ist. Solche Steuerungen/Regelungen umfassen ein Paar voneinander beabstandete
bimetallische Stellelemente
36, welche die Temperatur der
Basis eines Flüssigkeitsheizgefäßes erfassen
und in dem Fall, dass sie eine zu hohe Temperatur erfassen, eine
Unterbrechung der Energiezufuhr zu dem Heizgerät des Gefäßes bewirken. Die Position
eines solchen Stellelements
36 ist zum Zweck einer Veranschaulichung
in den Figuren in Strichlinie gezeigt.
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Die
Befestigungsstellen 32, 34 umfassen jeweilige Öffnungen 38, 40 in
dem Leitelement 14, welche von jeweiligen bogenförmigen Öffnungen 42, 44 umge ben
sind. Die zentralen Öffnungen 38, 40 ermöglichen
die zufriedenstellende Befestigung der Stellelemente 36 an
dem Wärmeleitelement 14.
Die bogenförmigen Öffnungen 42, 44 dienen
dazu, den Wärmefluss
von den Befestigungsstellen in das Zentrum 30 des Leitelements 14 zu
begrenzen, um auf diese Weise eine schnellere Reaktionszeit in einer Überhitzungssituation
sicherzustellen.
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Es
wird auch gesehen, dass das thermisch leitfähige Element 14 mit
einer Anzahl Öffnungen 50 versehen
ist, welche über
den Rest seiner Fläche
angeordnet sind. Dies dient dazu, die Materialkosten zu reduzieren
und wird darüber
hinaus das Entweichen von Flussmittel usw. während des Herstellungsverfahrens
ermöglichen,
wie weiter unten beschrieben wird.
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Das
Leitelement 14 ist auch mit Befestigungslaschen 50 versehen,
welche verwendet werden können,
um die Steuerung/Regelung an der Leitplatte anzubringen, um auf
diese Weise die Notwendigkeit für
irgendwelche zusätzlichen
Mittel zur Befestigung der Steuerung/Regelung an dem Basiselement
zu vermeiden.
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Das
Leitelement 14 und das Element 12 sind an die
Unterseite 8 des Basiselements 4 gelötet. Insbesondere
kann die Oberfläche
der Leitplatte 14, welche zu der Gefäßbasis 4 weist, und
das Element 14 mit einer geeigneten Lötpaste beschichtet werden und
die zwei Komponenten können
dann gemeinsam an der Gefäßbasis montiert
werden, welche dann auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden
kann, um das Lötmittel
zu schmelzen. Flussmittel und überschüssiges Lötmittel
kann durch die Öffnungen 50 austreten,
welche in der Leitplatte 14 vorgesehen sind, um eine feste
Verbindung bereitzustellen. Ferner ermöglichen die Öffnungen 50 in
den jeweiligen Endbereichen 20, 22 des Wärmeleitelements,
dass Flussmittel zwischen dem Wärmeleitleitelement 14 und
dem Element 12 austreten.
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Im
Gebrauch ist die Basis 2 über seinen Befestigungsflansch 6 in
einer herkömmlichen
Art und Weise in den Boden eines Flüssigkeitsheizgefäßes einge baut.
Eine thermisch sensitive Steuerung/Regelung, z. B. eine Steuer/Regelbaureihe
U17 oder U18 des Anmelders wird dann an der Wärmeleitplatte über die
Befestigungsvorsprünge 54 befestigt.
Wenn Flüssigkeit
in dem Gefäß erwärmt wird,
wird die Temperatur der Befestigungsstellen 32, 34 für die bimetallischen
Stellelemente 36 der thermisch sensitiven Steuerung/Regelung
relativ kühl
gehalten infolge des thermischen Kontakts des Leitelements 14 mit
dem Basiselement 4 in dem Bereich. Jedoch wird in dem Fall,
dass das Flüssigkeitsheizgefäß trockenkocht oder
eingeschaltet wird ohne irgendeine Flüssigkeit in ihm, die Wärme von
dem Heizelement 12 in die Befestigungsstelle für die Bimetalle
durch das Wärmeleitelement 14 geleitet
und dort wird kein Kühleffekt durch
das Basiselement 4 vorhanden sein. Zu gegebener Zeit werden
daher die Befestigungsstellen eine Temperatur erreichen, welche
ausreichend hoch ist, um die bimetallischen Stellelemente zu betätigen, welche
dann funktionieren, um die Energieversorgung zu dem Heizgerät auszuschalten.
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Es
ist einzusehen, dass verschiedene Modifikationen an der in den 1 bis 6 gezeigten Anordnung
vorgenommen werden können.
Beispielsweise kann das Wärmeleitelement
dazu ausgebildet sein, lediglich ein einzelnes bimetallisches Stellelement
oder andere Form von Steuerung/Regelung aufzunehmen. Die spezielle
Form des Elements kann von der gezeigten abweichen. Die 7 zeigt eine
alternative Geometrie für
das Heizgerät.
Bei dieser Anordnung ist das Element 60 mit einem Befestigungsflansch 62 an
seiner Basis ausgebildet, um den Kontaktoberflächenbereich mit der Basis 8 des
Gefäßes zu vergrößern. Typischerweise
wird die Ummantelung aus Aluminium hergestellt, wiederum typischerweise
mit Wänden
von etwa 1 mm Dicke, welche die Formgebung aufnehmen werden, welche notwendig
ist, um den Befestigungsflansch 62 zu erzeugen.
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Die
Form des Basiselements kann auch zu der in den 1 bis 6 gezeigten
verschieden sein. Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 ist das
Basiselement 70 einer Ausführungsform der Erfindung tiefer
als das der früher
beschriebenen Anordnung und ist mit einer Umfangsstufe 72 versehen. Ein
ring förmiges
ummanteltes Heizelement 74 ist in die Stufe 72 hartgelötet oder
anders befestigt, wie gezeigt, vorzugsweise längs beider Kontaktflächen.
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Ein
ebenes Leitelement 76 aus einem Material mit hoher thermischer
Leitfähigkeit
ist über
der Unterseite des Heizelements 74 angebracht und ist mit
der untersten Fläche 78 des
Basiselements 70 und auch mit dem Element 74 hartverlötet. Das
Leitelement ist mit Ansätzen 80 versehen,
um eine Steuer/Regeleinheit 84 anzubringen. Die Steuer/Regeleinheit 18,
welche in dieser Ausführungsform
veranschaulicht ist, ist eine der Steuer/Regeleinheiten U18 des
Anmelders. Wie oben erwähnt,
umfasst die Steuer/Regeleinheit ein Paar bimetallische Stellelemente, welche
dann, wenn die Steuerung/Regelung in der richtigen Lage angebracht
ist, in gutem thermischen Kontakt mit dem Leitelement 76 angeordnet
sind.
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Wie
am deutlichsten aus der 9 zu sehen ist, ist das Leitelement 76 kreisförmig und
deckt im Wesentlichen die gesamte Basis 70 ab, abgesehen von
einer zentralen Öffnung 84 und
einem Ausschnitt 86 am Rand. Der Ausschnitt 86 erlaubt
es, dass die kalten Enden 88 des Heizelements 74 unter
dem Leitelement 76 zur Verbindung mit Anschlüssen 90 an der
Steuer/Regeleinheit 82 hervorstehen.
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Diese
Ausführungsform
arbeitet in derselben Weise wie die vorangegangene Anordnung mit
Wärme,
welche in einer Überhitzungssituation
durch das Leitelement 76 zu den Stellelementen der Steuer/Regeleinheit 82 übertragen
wird, allerdings Wärme,
welche von dem Heizelement 74 durch die Wände der Stufe 72 der
Basis 70 direkt in die Basis 70 eindringt.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung.
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Diese
ist in der Konstruktion und im Betrieb der Ausführungsform der 8 ähnlich,
mit der Ausnahme, dass in dieser Ausführungsform zwei Heizelemente 92, 94 in
einer Stufe 96 eines Basiselements 98 angeordnet
sind. Das obere Element 92 ist typischerweise ein Hauptheizelement
mit höherer
Leistung, wäh rend
das untere Element 94 ein Kochelement mit geringerer Leistung
ist. Die zwei Elemente 92, 94 sind in die Stufe 96 und
vorzugsweise miteinander hartverlötet.
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Es
ist verständlich,
dass das Leitelement 76 in den letzten zwei beschriebenen
Ausführungsformen
verschiedene bevorzugte Merkmale des Leitelements der ersten Anordnung
enthalten kann. Beispielsweise können
sie sich nur teilweise um das (die) Heizelement(e) erstrecken. Es
kann auch Merkmale enthalten, welche seine Anbringung an dem Basiselement
erleichtern, beispielsweise kleine Abstandshalter an seiner zu der
Basis weisenden Fläche,
um den Verlauf des Hartlötmaterials
während des
Hartlötvorgangs
zu unterstützen.
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Ebenso
kann die Erfindung bei allen Arten von Flüssigkeitsheizgefäßen, beispielsweise
Wasserkesseln, Kaffeemaschinen, Friteusen usw. verwendet werden.