DE69923547T2

DE69923547T2 - Wärmeempfindliche steuerung

Info

Publication number: DE69923547T2
Application number: DE69923547T
Authority: DE
Inventors: Crawshaw John Castletown TAYLOR
Original assignee: Strix Ltd
Current assignee: Strix Ltd
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: WO1999048331A1; GB2351846B; GB0021773D0; CN1138449C; CN1300519A; ES2237090T3; DE69923547D1; GB2351846A; AU2944099A; EP1064825A1; US6472646B1; EP1064825B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft wärmeempfindliche Steuerungen/Regelungen für elektrische Heizelemente und insbesondere für elektrische Dickfilmheizelemente, die in Flüssigkeitsheizgefäßen verwendet werden.
Sogenannte elektrische Dickfilmheizelemente umfassen eine Heizbahn mit elektrischem Widerstand, die auf einem elektrisch isolierendem Substrat abgeschieden ist, zum Beispiel gedruckt ist, welches typischerweise als eine Keramik- oder eine isolierende Metallträgerplatte vorgesehen ist. Bei Flüssigkeitsheizgefäßen kann die Metallträgerplatte durch die Basis des Gefäßes selbst gebildet sein oder durch eine in einer Öffnung in der Basis des Gefäßes angebrachte Platte. Beispiele solcher Heizelemente sind beispielsweise in WO96/18331 und WO96/17497 gezeigt.
Typischerweise weist die Heizbahn einen gewundenen Pfad auf, der in einem Paar von Anschlüssen endet, durch die die Bahn mit Strom versorgt wird. Die Stromzufuhr zu der Bahn wird normalerweise durch eine wärmeempfindliche Steuerung/Regelung gesteuert/geregelt, die derart wirkt, dass sie einen Satz von Kontakten in der Steuerung/Regelung öffnet, um die Stromzufuhr zu der Bahn zu unterbrechen, beispielsweise für den Fall, dass sich das Heizelement überhitzt. Stromdurchführungen können an die Anschlüsse gelötet sein und mit der Steuerung/Regelung verbunden sein, oder, wie in GB-A-2283156 gezeigt ist, kann die wärmeempfindliche Steuerung/Regelung mit Federkontakten versehen sein, die eine elektrische Verbindung mit den Anschlüssen herstellen, wenn die Steuerung/Regelung am Heizelement angebracht wird.
Ein neuerer Vorschlag des Anmelders in GB 2322274 ist es, den an dem Heiz element vorgesehenen Kontakt als ein Paar von Schaltkontakten zu verwenden, wobei der andere Kontakt in einer Steuerung/Regelung oder einer Steuer/Regeleinheit vorgesehen ist, die gegenüber dem Heizelement montiert ist. Im Fall, dass das Heizelement sich überhitzt, wirkt ein in guten thermischen Kontakt mit dem Heizelement angeordneter Bimetallaktuator derart, dass er den Steuer/Regelkontakt von dem Heizkontakt anhebt, um die Zufuhr von Energie zum Heizelement zu unterbrechen, wodurch ein ernsthaftes Überhitzen des Heizelements und möglicher Schaden am Flüssigkeitsheizgefäß verhindert wird.
Bei früheren Vorschlägen sind der an der Steuerung/Regelung angebrachte Kontakt und der Bimetallaktuator getrennt in der Steuerung/Regelung angebracht. Dies ist jedoch hinsichtlich Herstellungstoleranzen und Kosten uneffizient. Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu überwinden, und in einem ersten Aspekt stellt die Erfindung daher eine wärmeempfindliche Steuerung/Regelung für ein elektrisches Dickfilmheizelement bereit, umfassend einen Bimetallaktuator, der so angeordnet ist, dass er einen guten Wärmekontakt mit dem Heizelement herstellt, sowie einen beweglichen elektrischen Kontakt zum Eingriff mit einem am Heizelement vorgesehenen Kontakt, wobei der bewegliche Kontakt betriebsgemäß derart mit dem Bimetallaktuator gekoppelt ist, dass er sich bei Gebrauch nach einer Betätigung des Aktuators außer Eingriff mit dem Heizelementkontakt bewegt, um die Stromversorgung mit dem Heizelement zu unterbrechen, wobei der Bimetallaktuator und der bewegliche Kontakt an einem gemeinsamen Blattfedermittel angebracht sind, welches bei Gebrauch federnd wirkt, um den Aktuator in Wärmekontakt mit dem Heizelement und dem beweglichen Kontakt in elektrischem Kontakt mit diesem vorzuspannen.
Daher wird gemäß diesem Aspekt der Erfindung das Erfordernis für separate Halterungen für den beweglichen Kontakt und den Aktuator vermieden und eine gemeinsame Blattfeder wird verwendet, um sowohl den Aktuator als auch die Kontakte anzubringen und diese jeweils federnd in thermischen und elektrischen Kontakt mit dem Heizelement vorzuspannen. Die Blattfedermittel führen auf diese Weise eine zweifache Funktion aus, was eine Verdopplung von Teilen vermeidet. Ferner können der Kontakt und der Aktuator vormontiert werden, bevor sie in einer Steuer/Regeleinheit angebracht werden, beispielsweise um dadurch die Zusammenbauzeit und Kosten zu verringern. Es ermöglicht darüber hinaus eine genaue Positionierung der jeweiligen Komponenten relativ zueinander. Ferner weist die Blattfeder eine relativ niedrige Wärmekapazität auf, wodurch die von dem Aktuator abgeleitete Wärme verringert wird, so dass sein thermisches Ansprechvermögen verbessert wird.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf solch eine Vormontierung, so dass in einem zweiten Aspekt die Erfindung eine Anordnung zur Verwendung in einer wärmeempfindlichen Steuerung/Regelung für ein elektrisches Dickfilmheizelement bereitstellt, wobei die Anordnung einen Bimetallaktuator und einen beweglichen elektrischen Kontakt umfasst, wobei der Bimetallaktuator und der Kontakt an einem gemeinsamen Blattfedermittel angebracht sind, das in Gebrauch federnd wirkt, um den Aktuator in Wärmekontakt mit dem Heizelement und den beweglichen Kontakt in elektrischem Kontakt mit diesem vorzuspannen.
Das Blattfedermittel kann in einer einfachen Ausführungsform eine einzige Schenkelblattfeder umfassen, wobei der Aktuator und der Kontakt an unterschiedlichen Montagestellen an der Blattfeder angebracht sind. In der bevorzugten Ausführungsform kann das Blattfedermittel jedoch eine Blattfeder umfassen, die wenigstens zwei verbundene Schenkel aufweist, die jeweils den Aktuator und den Kontakt halten. Dies ist bevorzugt, so dass die Vorspannkraft der jeweiligen Komponenten durch Wählen der geeigneten Federkraft in jedem Schenkel derart angepasst sein kann, dass sie die erforderlichen Bedingungen erfüllt.
Vorzugsweise ist der Aktuator ein Bimetallaktuator, vorzugsweise ein einschnappend wirkender Aktuator, und noch bevorzugter einer des in GB 1542252 beschriebenen Typs.
Auch GB-A-21949217 offenbart eine wärmeempfindliche Steuerung/Regelung für ein elektrisches Heizelement, wobei das Heizelement in Antwort auf eine Betätigung eines einschnappend wirkenden Bimetallaktuators ausgeschaltet wird.
Im Fall eines solchen Aktuators kann der Aktuator typischerweise gegenüber dem Heizelement mit einer Federkraft von 25 g vorgespannt werden, obwohl niedrigere Kräfte verwendet werden können. Eine Vorspannkraft von 25 g sichert einen guten Wärmekontakt zwischen dem Aktuator und dem Heizelement und ermöglicht eine thermische Verformung des Heizelements, ist aber ist nicht so groß, dass sie die Betriebscharakteristik des Aktuators verändert. Der Aktuator ist vorzugsweise mit seiner Zunge an dem Blattfederelement angebracht, so dass er am Heizelement um seinen Umfang herum angreift, wodurch eine große Fläche von Wärmekontakt erhalten wird, wobei das Erfordernis für eine Wärmesenkenkomponente, die teuer ist, vermieden wird.
Die Kontaktkraft sollte ausreichend sein, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt und dem Heizelementkontakt sicherzustellen, aber nicht so groß, dass sie nicht durch den Aktuator überwunden werden kann. Für einen reinen Silberkontakt ist eine Kontaktkraft von 10 g für Zwecke des elektrischen Kontakts geeignet und kann durch die Aktuatorbetätigungskraft leicht überwunden werden, die typischerweise im Bereich von 250 g liegt. Für Silberlegierungskontakte würde eine höhere Federkraft für einen befriedigenden elektrischen Kontakt notwendig sein.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Blattfederelement allgemein U-förmig, wobei der Kontakt und der Aktuator an den jeweiligen Seitenschenkeln des U angebracht sind. Der Schenkel, an dem das Kontaktelement angebracht ist, ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er einen beweglichen Abschnitt des Aktuators derart überlappt, dass dann, wenn sich der Aktuator bewegt, er den Kontakthalterungsschenkel bewegt, um den Kontakt zu bewegen. Der den Kontakt tragende Schenkel kann eine nach oben geklappte Zunge zum Eingriff mit dem Aktuator aufweisen, wodurch die Bewegung des Aktuators, die zum Heben des Kontakts erforderlich ist, minimiert wird, und wodurch das Erfordernis für eine separate Druckstange oder dgl., um die Bewegung des Aktuators auf den beweglichen Kontakt zu übertragen, vermieden wird, wodurch Material und Zusammenbaukosten reduziert werden können.
Das Blattfederelement, und insbesondere der Grundschenkel des U-förmigen Federelements, kann mit Mitteln ausgebildet sein, um es in einem Steuer/Regelgehäuse anzubringen. Beispielsweise kann es mit einem elastischen Bogen zum Befestigen in einem komplementären Schlitz eines Steuer/Regelgehäuses versehen sein.
Das Blattfederelement ist vorzugsweise ebenfalls mit einem Anschluss versehen, beispielsweise einem Steckanschluss, um seine einfache Verbindung mit einer externen Stromquelle zu ermöglichen, beispielsweise einen an einem Ende eines Drahts eines Stromkabels vorgesehenen Verbinder.
Das Blattfederelement kann, wie oben bereits gesagt wurde, in einem Steuer/Regelgehäuse angebracht sein, das selbst an dem Heizelement oder dem Flüssigkeitsheizgefäß angebracht ist. In anderen Ausführungsformen kann es jedoch direkt an dem Heizelement selbst angebracht sein, beispielsweise durch Kleben oder durch Nieten an ein separates Anschlussstück.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Dickfilmheizelement in Kombination mit einer Steuerung/Regelung oder einer Anordnung der Erfindung.
Die Steuerung/Regelung der Erfindung kann am vorteilhaftesten in einem Überhitzungsschutz für ein Dickfilmheizelement verwendet werden, der arbeitet, wenn das Heizelement überhitzt, beispielsweise im Fall, das das Heizgefäß zum trockenen Zustand kocht oder im trockenen Zustand eingeschaltet wird. Jedoch kann es auch als eine Kochsteuerung/regelung verwendet werden, in welchem Fall der Aktuator an einem Teil des Heizelements angeordnet ist, dessen Temperatur lokal ansteigt, wenn die Flüssigkeit im Gefäß kocht, beispielsweise Anordnungen, wie sie in GB 2283155 oder WO97/04694 beschrieben sind.
Die beschriebene Steuerung/Regelung kann in Gefäßen angewendet werden, die lediglich Flüssigkeit bis zum Kochen erwärmen, oder in durch Thermostate gesteuerten/geregelten Gefäßen. Wenn beispielsweise das Gefäß lediglich Wasser kochen soll, kann ein Überhitzungsschutz gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Pol der Zufuhr zum Heizelement angeordnet sein und der andere Pol der Zufuhr kann direkt mit einem anderen Anschluss des Heizelements verbunden sein. Dies kann am einfachsten durch einen an einer Blattfeder angebrachten Kontakt bewirkt werden, der in Kontakt mit einem Anschluss der Heizbahn vorgespannt ist. Wenn jedoch ein durch Thermostate gesteuertes/geregeltes Gefäß erforderlich ist, kann eine Thermostatsteuerung/regelung im anderen Pol der Zufuhr enthalten sein.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann eine Thermostatsteuerung/regelung enthalten, umfassend einen Strom tragenden Kriechwirkungsbimetallaktuator, an dem ein elektrischer Kontakt angebracht ist, der bei Gebrauch in Kontakt mit einem am Heizelement vorgesehenen Kontakt gelangt, wobei die Anordnung derart ist, dass im Gebrauch dann, wenn Flüssigkeit im Gefäß erhitzt wird, der Aktuator sich erhitzt und derart verbiegt, dass bei oder um eine gewünschte Temperatur herum er sich in einem solchen Ausmaß verbiegt, dass der am Aktuator angebrachte Kontakt von dem Heizelementkontakt abgehoben wird, um die Stromzufuhr zum Heizelement zu unterbrechen.
Mit einer solchen Anordnung spannt der Aktuator anfänglich den Kontakt in Kontakt mit dem Heizelementkontakt vor und wenn er sich erhitzt, durch eine Kombination des Stromflusses durch den Aktuator selbst und vom Heizelement empfangener Wärme, bewegt er sich derart, dass er anfänglich den Kontaktdruck verringert und schließlich bei oder um die gewünschte Flüssigkeitstemperatur herum die Kontakte öffnet, wodurch die Stromzufuhr zum Heizelement unterbrochen wird. Eine Flüssigkeit im Gefäß kühlt sich ab, ebenso wie der Bimetallaktuator, und wird sich schließlich zurück in seine Anfangskonfiguration verbiegen, so dass er erneut die Kontakte schließt und die Stromzufuhr zum Heizelement erneut verbindet, wodurch ermöglicht wird, dass die Flüssigkeit im Gefäß erneut erhitzt wird. Dieser Zyklus setzt sich fort, um die Flüssigkeit bei einer gewünschten Temperatur zu halten.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Betriebstemperatur der Steuerung/Regelung zu variieren. Dies wird in der bevorzugten Ausführungsform durch Bereitstellen von Mitteln zum Variieren der Vorspannkraft des Aktuators zu dem Heizelement hin und daher der Temperatur, bei der eine Verbiegung des Aktuators ausreichend ist, um die Kontakte zu öffnen, bewirkt. Solche Vorspannmittel umfassen vorzugsweise eine Feder, die auf den Bimetallaktuator einwirkt, und Mittel zum Variieren der durch die Feder auf den Aktuator ausgeübten Kraft. Am meisten bevorzugt umfasst das Federmittel jedoch eine Blattfeder und vorzugsweise umfasst das Mittel zum Variieren der Federkraft einen Nocken, vorzugsweise einen Drehnocken, der derart wirkt, dass er die Feder aus einer Anfangsstellung verbiegt.
Die Thermostatsteuerung/regelung kann auch als ein Ein/Aus-Schalter für das Gefäß dahingehend wirken, dass in einer Stellung des Steuer/Regelnockens der am Aktuator angebrachte Kontakt vom entsprechenden Heizkontakt entfernt ist. Eine Bewegung des Nockens von dieser Stellung bewegt dann den Bimetallaktuator derart, dass er die Kontakte schließt, wobei die auf den Aktua tor über die Blattfeder ausgeübte Federkraft dann durch die Öffnungstemperatur bestimmt wird.
Wie bei der bereits diskutierten Steuerung/Regelung ist der Bimetallaktuator vorzugsweise mit Mitteln versehen, um ihn in einem Steuer/Regelgehäuse anzubringen, und ebenfalls mit Anschlussmitteln versehen, die eine einfache Verbindung mit einem Draht eines Stromkabels ermöglicht.
Vorzugsweise sind verschiedene Steuer/Regelkomponenten, die oben beschrieben wurden, alle in einem schachtartigen Steuer/Regelgehäuse angebracht, das dann am Boden des Flüssigkeitsheizgefäßes angebracht sein kann, so dass es gleichzeitig eine elektrische und eine thermische Verbindung mit dem Heizelement erzeugt.
Es versteht sich, dass die Erfindung sich auch auf ein Dickfilmheizelement in Kombination mit einer Steuerung/Regelung der Erfindung erstreckt und ebenfalls auf die Flüssigkeitsheizvorrichtung, beispielsweise ein Flüssigkeitsheizgefäß oder einen Flüssigkeitsheizbehälter, umfassend eine solche Kombination.
Wie bereits gesagt wurde, kann die an einer Feder angebrachte Anordnung gemäß der Erfindung als ein Trockeneinschaltschutz, als Kochsteuerung/regelung und/oder in Verbindung mit einer Thermostatsteuerung/regelung verwendet werden.
Es wäre selbstverständlich möglich, die Anordnung aus dem an einer Feder angebrachten Aktuator/Kontakt als eine einfache Thermostatsteuerung/regelung zu verwenden, indem eine geeignete Betriebstemperatur für den Aktuator gewählt wird. Mit einer solchen Anordnung arbeitet der Aktuator, wenn er sich erwärmt und abkühlt, alternierend derart, dass er den Kontakt von dem Heizelement abhebt und absenkt, wodurch das Heizelement in sich wiederholernder Weise mit Strom versorgt wird.
Daher kann eine Anordnung in Betracht gezogen werden, bei der in der oben beschriebenen variablen Thermostatausführungsform der variable Thermostat durch einen an einer Feder angebrachten Aktuator ersetzt wird, wie oben beschrieben wurde.
Wenn eine Thermostatsteuerung/regelung nicht erforderlich ist, kann es dennoch erwünscht sein, ein doppeltes Überhitzschutzniveau für das Heizelement bereitzustellen. Dies kann auf leichte Weise erreicht werden, indem zwei an einer Feder angebrachte Aktuatoranordnungen gemäß der Erfindung verwendet werden, die derart gewählt sind, dass sie bei einer geeigneten Temperatur arbeiten.
Die Aktuatoren sind vorzugsweise derart gewählt, dass sie bei im Allgemeinen derselben Temperatur arbeiten, innerhalb normaler Herstellungstoleranzen, d.h. innerhalb 25°–30°C voneinander.
Vorzugsweise sind die Anordnungen in jeweiligen Polen der Heizelementversorgung angeordnet.
Die Aktuator/Kontaktanordnung oder -anordnungen können dafür ausgebildet und derart angeordnet sein, dass sie automatisch zurückgesetzt werden, wenn die Aktuatortemperatur unter einen vorbestimmten Wert fällt, wodurch kontinuierlich die Stromzufuhr zum Heizelement wiederholt wird. Jedoch können die Anordnungen auch dafür ausgebildet sein, dass sie ein manuelles Zurücksetzen nach der Betätigung erfordern. Hierfür kann eine Betätigung des Aktuators dazu wirken, einen federgespannten Hebel loszulassen, der den an einer Feder angebrachten Kontakt von dem Heizelementkontakt entfernt hält, bis er manuell durch einen Benutzer zurückgesetzt wird. Beispielsweise kann die Kontaktanbringungsfeder oder ein mit dieser gekoppeltes Element auf den Betätigungshebel derart einwirken, dass dieser betätigt wird. Alternativ kann je doch der Aktuator zunächst auf den Betätigungshebel einwirken, wobei eine Bewegung des Hebels dann dazu wirkt, den Kontakt zu bewegen.
In den oben beschriebenen Doppelaktuator/Kontaktanordnungen können die Aktuatoren derart angeordnet sein, dass eine Betätigung eines oder des anderen der Aktuatoren den Betätigungshebel betätigt, wodurch sichergestellt wird, dass beide Kontakte vom Heizelement abgehoben werden.
Der Betätigungshebel kann mit einem Bedienknopf oder dgl. zur Betätigung durch einen Benutzer gekoppelt sein, und er kann als ein Ein/Aus-Schalter für das Heizelement wirken.
Der Betätigungshebel kann mit einem dampfsensitiven Aktuator verbunden sein, der auf das Kochen von Flüssigkeit im Gefäß hin derart wirkt, dass er den Betätigungshebel betätigt und den Kontakt bzw. die Kontakte öffnet. Ein Beispiel der Verbindung eines dampfsensitiven Aktuators mit einem Betätigungshebel ist in WO95/34187 offenbart.
Es ist bei elektrischen Flüssigkeitsheizgeräten üblich, ein Glimmlicht oder einen anderen Stromanzeiger zum Zwecke der Anzeige, dass das Heizelement des Gefäßes mit Strom versorgt wird, vorzusehen. Bei der obigen Ausführungsform, bei der das Schalten effektiv direkt auf die Bahn wirkt, ist es schwierig, eine Stromzufuhr für den Anzeiger bereitzustellen, der anzeigt, ob das Heizelement mit Strom versorgt wird. Dies kann jedoch dadurch überwunden werden, dass die Glimmlichtverbindungen mit dem Heizelement ausgebildet werden, wodurch für den Fall, dass die Stromzufuhr zum Heizelement unterbrochen wird, das Glimmlicht oder ein anderer Anzeiger nicht erleuchtet wird.
Dies könnte dadurch erreicht werden, dass fest verdrahtete Verbindungen mit geeigneten Kontaktbereichen des Heizelements ausgebildet werden, aber in einer bevorzugten Ausführungsform sind elastische Anzeigekontakte an der Steuer/Regeleinheit vorgesehen, die einen elektrischen Kontakt mit einem geeigneten Teil des Heizelements herstellen, wenn die Steuerung/Regelung daran angebracht ist.
Vorzugsweise umfassen die an der Steuerung/Regelung vorgesehenen Kontakte Blattfedern.
Am bequemsten befindet sich der Anzeigerkontakt an dem Heizelement auf im Wesentlichen demselben Potential wie der Hauptschaltkontakt. Demzufolge kann der Heizelementanzeigerkontakt elektrisch mit dem Heizelementschalterkontakt durch ein Material mit niedrigem Widerstand, etwa Silber, verbunden werden. Am einfachsten kann eine Doppelkontaktanordnung an jedem Ende der Heizelementbahn vorgesehen sein, wodurch der Anzeiger, wenn er in Betrieb ist, parallel mit der Heizbahn verbunden wird.
Eine Steuerung/Regelung der Erfindung kann mit einem elektrischen Verbinder für das Heizelement integriert sein, vorzugsweise einem kabellosen elektrischen Verbinder, und idealerweise einem solchen, der mit einem Basiseinheitsverbinder in einer relativen Winkelorientierung in Eingriff gelangt. Solch ein Verbinder ist in WO95/08204 offenbart.
Vorzugsweise umfasst die Steuerung/Regelung einen Formkörper, an dem die Steuer/Regelkomponenten angebracht sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine oder mehrere der Kontakthalterungs-Blattfedern direkt mit einem jeweiligen Anschluss des Verbinders verbunden.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Querschnittsansicht ist, die eine Steuer/Regeleinheit gemäß der Erfindung zeigt, die mit einem Dickfilmheizelement im Boden eines Flüssigkeitsheizgefäßes versehen ist,
2 eine Planansicht des Dickfilmheizelements ist, das in 1 gezeigt ist,
3 eine Planansicht der Steuer/Regeleinheit ist, die in 1 gezeigt ist, aus der Sicht auf die Vorderseite der Steuer/Regeleinheit, die bei Gebrauch mit dem Heizelement in Eingriff steht,
4 eine Planansicht der Steuer/Regeleinheit von 2 und des Heizelements von 3 ist, die zusammengebaut sind, aber wobei die Details der Steuerung/Regelung sichtbar sind, um das Verständnis, wie die Betriebsteile des Heizelements und der Steuerung/Regelung relativ zueinander angeordnet sind, zu erleichtern,
5 eine Planansicht einer Unteranordnung der Steuer/Regeleinheit von 2 ist,
6 eine Seitenansicht der Unteranordnung von 5 ist,
7 ein Seitenaufriss von anderen Komponenten der Steuer/Regeleinheit ist,
8 eine erste Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
9 eine zweite Perspektivansicht der Ausführungsform von 8 ist,
10 ein Querschnitt entlang der Linie I-I von 8 ist,
11 eine Ansicht von oben einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist,
12 eine Planansicht von unten von 11 ist,
13 eine Perspektivansicht der Ausführungsform von 11 ist,
14 eine Perspektivansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist und
15 ein Detail einer Modifikation der Ausführungsform von 14 ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Wasserheizgefäß 2 mit einem Dickfilmplattenheizelement 4 und einer wärmeempfindlichen Steuer/Regeleinheit 6 versehen.
Das Gefäß 2, beispielsweise ein Wasserheizkrug, umfasst einen Kunststoffkörper 8, der eine Öffnung 10 aufweist, die in seinem Basisteil 12 ausgebildet ist. Das Basisteil 12 ist mit einer Einfassung 14, drei mit Innengewinden versehenen Montageansätzen 16, einem radialen Abdichtflansch 18 und einem herabhängenden Abdichtflansch 20 ausgebildet.
Das Dickfilmplattenheizelement 4, das noch detaillierter in 2 gezeigt ist, umfasst eine Metallplatte 22, die einen flachen Zentralabschnitt 24 aufweist, auf dem eine Isolierschicht 26 und eine Dickfilmheizbahn 28 mit elektrischem Widerstand in einer bekannten Weise vorgesehen ist. Eine Schutzbeschichtung (nicht gezeigt) ist ebenfalls über der Heizbahn in einer bekannten Weise vorgesehen. Die Heizbahn 28 ist aus einer Reihe von parallelen Abschnitten gebildet, deren Enden durch Brücken 30 aus Silber oder einem anderen Material mit niedrigem Widerstand verbunden sind. Die jeweiligen Enden der Bahn sind mit elektrischen Kontakten 32, 34 versehen, die beispielsweise auf die Anschlussfelder der Spur 28 geklebte Kontakte sein können. Die Platte 22 ist mit einem Versteifungsrand 36 versehen, der mit jeweiligen Umfangsflanschen 38, 40 ausgebildet ist (1). Der radial verlaufende Flansch ist mit halbkreisförmigen Ausschnitten 42 zum Eingriff über den Gefäßmontageansätzen 16 und mit Schlitzen 44 zum Anordnen mit komplementären Formationen an der Steuer/Regeleinheit 6 versehen.
Die Spur 28 ist mit einem Bereich 46 versehen, der durch eine Serie von kurzen Spurabschnitten 48 gebildet ist. Wie in 4 ersichtlich ist, ist beabsichtigt, dass dieser Bereich den Aktuator 68 eines Überhitzungsschützers 62 aufnimmt und derart konfiguriert ist, dass er den Potentialabfall in der Bahn über den Bereich des Aktuators 68 hinweg minimiert, wodurch eine Kurzschluss der Bahn 28 zum Aktuator 68 durch die Schutzschicht des Heizelements unterdrückt wird.
Das Heizelement 4 ist in die Öffnung 10 durch die Steuer/Regeleinheit 6 geklemmt. Insbesondere umfasst die Steuer/Regeleinheit 6 ein schachtartiges Kunststoffformgehäuse 50, welches drei in Umfangsrichtung angeordnete Bohrungen 52 zur Aufnahme der Gefäßanbringungsansätze 16 und Anbringungsschrauben 54 aufweist. Die innere Wand 56 jeder Bohrung 52 ist ausgespart, so das sie mit der unteren Fläche des radial verlaufenden Heizelementflanschs 40 in Eingriff steht und so eine Dichtung 56 zwischen den Flanschen 38, 40 der Heizelementplatte und denjenigen 18, 20 des Gefäßkörpers 12 zusammendrückt, wenn die Schrauben 54 angezogen sind.
Nun in größerem Detail auf 3 bis 7 Bezug nehmend umfasst die Steuer/Regeleinheit 6 einen Überhitzungsschutz 60 und eine Thermostatsteuerung/regelung 62, deren Konstruktion und Betrieb im Folgenden beschrieben wird.
Der Überhitzungsschutz 60 umfasst eine allgemein U-förmige Blattfeder 64. Ein Schenkel 66 der Blattfeder 64 haltert einen schnappend wirkenden Bimetallak tuator 68 der in GB 1542252 beschriebenen Art. Die Konstruktion und der Betrieb solcher Aktuatoren ist in der Technik wohlbekannt und braucht hier nicht weiter beschrieben werden. Insbesondere ist die Zunge 70 des Aktuators 68 in einem erhöhten Schlitz 72, der in dem Schenkel 66 ausgebildet ist, aufgenommen. Wie aus 1 und 6 ersichtlich ist, ist der Schenkel 66 nicht planar, sondern zu seinem freien Ende 74 hin nach unten gebogen, um so einen sauberen Eingriff des Aktuators 68 mit dem Heizelement 4 zu erleichtern, wobei der Umfang des Aktuators 68 mit dem Heizelement in Eingriff gelangt.
Der andere Schenkel 76 des Blattfederelements 64 haltert einen Silberkontakt 78 an seinem freien Ende 80. Bei Gebrauch stellt dieser Kontakt 78 eine elektrische Verbindung mit dem Bahnkontakt 32 her. Das freie Ende 80 des Schenkels 76 verläuft nach innen zu dem anderen Schenkel 66 hin, so dass der Kontakt 78 im Allgemeinen auf der Achse 82 des Schenkels 66 angeordnet ist. Eine Zunge 84 ist aus dem Schenkel 76 nach oben gefaltet, um näher unterhalb eines beweglichen Umfangsteils 86 des Aktuators 68 angeordnet zu sein.
Der Querschenkel 90 des Blattfederelements 64 ist mit einer tief gezogenen Ausbiegung 92 zur Anordnung innerhalb eines Montageblocks 94 ausgebildet, der in dem Steuer/Regelgehäuse 50 vorgesehen ist. Das Ende des Querelements 90 ist als ein Steckanschluss 96 zur Verbindung mit einem passenden Anschluss 98 ausgebildet, der an einem Draht 100 einer Stromdurchführung 102 vorgesehen ist und in geeigneter Weise durch Klemmen 104 geklemmt ist. Die Klemmen 104 sind wenigstens teilweise in einem Abdeckungsformteil 106 ausgebildet, das auf den Boden des Formteils 50 über versenkte Bohrungen 108 geschraubt ist.
Aus 1 und 3 ist ersichtlich, dass bei Gebrauch der Aktuator 68 gegen den Bereich 46 der Heizelementbahn 28 durch den Schenkel 66 des Blattfederelements 64 vorgespannt ist. Die Vorspannkraft ist typischerweise in dem Be reich von 25 g, was ausreichend ist, um einen guten Wärmekontakt mit dem Heizelement 4 sicherzustellen und aufrechtzuerhalten, sogar bei thermischer Verformung des Heizelements 4. Der Kontakt 78 ist auch gegenüber dem Heizelementkontakt 34 durch den Federschenkel 76 vorgespannt, typischerweise mit einer Federkraft von ungefähr 10 g.
Für den Fall, dass das Heizelement überhitzt, beispielsweise im Fall, dass das Gefäß ohne Wasser kocht oder ohne Wasser zu enthalten eingeschaltet wird, betätigt sich der Aktuator 68 typischerweise bei einer Temperatur von 135–150°C. Hierbei kehrt er seine Krümmung um, was verursacht, dass der Umfangsabschnitt 86 in Kontakt mit der Zunge 84 des Kontakthalterungsschenkels 76 bewegt wird, was verursacht, dass der Schenkel 76 sich nach unten verbiegt und das Kontaktpaar 32, 78 öffnet, wodurch die Zufuhr von Energie zum Heizelement unterbrochen wird. Wenn das Heizelement ausreichend abgekühlt ist, wird der Aktuator 68 zurückgesetzt, was es ermöglicht, dass die Kontakte 32, 78 geschlossen werden, so dass sie wieder Energie zum Heizelement 4 zuführen. Dieser Betriebszyklus wird so lange andauern, bis das Gefäß ausgeschaltet wird oder mehr Wasser dem Gefäß zugeführt wird.
Nun Bezug nehmend auf die Thermostatsteuerung/regelung 62 umfasst diese einen allgemein planaren Kriechwirkungs-Bimetallaktuator 110, der an einem Ende 112 in einem Montageblock 114 angebracht ist, der in dem Steuer/Regelgehäuse 50 vorgesehen ist. Dieses Ende 112 des Aktuators ist ebenfalls mit einem Steckverbinder 116 zur Verbindung mit einem Verbinder 118 ausgebildet, der an dem Ende des anderen Drahts 120 der Stromdurchführung 102 vorgesehen ist. Das freie Ende 122 des Aktuators 110 haltert ein Kontaktelement 124, das bei Gebrauch eine elektrische Verbindung mit dem Bahnkontakt 34 herstellt.
Der Aktuator 110 wird bei Gebrauch durch eine gebogene Blattfeder 126, die an einem Ende 128 in einem Montageblock 130 angebracht ist, der im Steuer/Regelgehäuse 50 vorgesehen ist, zum Heizelement 4 hin gedrückt. Das freie Ende 132 der Blattfeder 126 schlägt gegen die Unterseite des Aktuators 110 an. Die Blattfeder 126 wird in größeren oder geringeren Eingriff mit dem Aktuator 110 mittels eines Drehnocken 134 verbogen, der an dem Ende einer Steuer/Regelwelle 136 angebracht ist, die in in dem Steuer/Regelgehäuse 50 vorgesehenen Lagern 138 aufgenommen sind, und die mit dem gebogenen Abschnitt 140 der Blattfeder 126 in Eingriff stehen. Die Welle 136 verläuft durch einen in der äußeren Wand 142 des Steuer/Regelgehäuses ausgebildeten Schlitz, um einen Steuer/Regelknopf (nicht gezeigt) aufzunehmen.
In dem in 7 gezeigten Zustand befindet sich der Nocken 134 in einer "Aus"-Stellung, wobei die Blattfeder 126 nicht wesentlich auf den Aktuator 110 drückt. In dieser Stellung sind die Kontakte 124, 34 geöffnet und das Heizelement wird nicht mit Energie versorgt. Wenn jedoch der Nocken 134 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (im Sinne von 7) gedreht wird, verbiegt die Nockenfläche 144 die Feder 126 und drückt sie federnd in Kontakt mit dem Aktuator 110. Die erste Schrittbewegung des Nockens 134 verursacht, dass der Aktuatorkontakt 124 sich in Kontakt mit dem Heizkontakt 34 bewegt, wodurch ermöglicht wird, dass Energie dem Heizelement zugeführt wird. Wenn der Nocken 134 weiter gedreht wird, drückt die Blattfeder 126 den Aktuator 110 weiter in Richtung zum Heizelement 4 hin. Wenn die Flüssigkeit im Gefäß sich erwärmt, wird Wärme zu dem Aktuator 110 übertragen, welcher mit zunehmender Erwärmung versucht, sich vom Heizelement 4 weg zu verbiegen, um die Kontakte 34, 124 zu öffnen. Um dies zu bewerkstelligen, muss der Aktuator 110 jedoch die Federkraft überwinden, und je höher die Federkraft ist, desto höher muss die Aktuatortemperatur sein, um die Federkraft zu überwinden. Wenn die erforderliche Temperatur erreicht ist, öffnen sich die Kontakte 34, 124 und die elektrische Versorgung zum Heizelement wird unterbrochen. Wenn sich die Flüssigkeit im Gefäß abkühlt, kühlt sich auch der Aktuator 110 ab und schließlich wird er sich ausreichend zurückverbiegen, um die Kontakte 34, 124 erneut zu schließen, wodurch die elektrische Versorgung wieder angeschlossen wird. In Tests, die an einem 110 V/750 W-Heizelement durchgeführt wurden, hat es sich gezeigt, dass, sobald die Flüssigkeit im Kessel sich bei Temperatur befindet, die Steuerung/Regelung typischerweise zwischen ungefähr 0,5 s ein, 10 s aus, zyklisch arbeitet, wobei das schnelle Ausschalten mehr aufgrund des Heizeffekts des Stroms (7A), der durch den Aktuator tritt, als durch den Anstieg der Temperatur der Flüssigkeit im Gefäß erfolgt.
Die Steuer/Regeleinstellungen, um eine gewünschte Flüssigkeitstemperatur zu erhalten, können empirisch bestimmt werden, aber es versteht sich, dass Temperaturen bis zu und einschließlich des Kochens mit der beschriebenen Thermostatsteuerung/regelung erreicht werden können.
Es versteht sich, dass die oben beschriebene Überhitzungsschutzsteuerung/regelung 60 und Thermostatsteuerung/regelung 62 unabhängig eingesetzt werden können. Wenn sie jedoch in der beschriebenen Art und Weise kombiniert sind, stellen sie eine flexible, jedoch einfache Steuer/Regelstruktur bereit.
Unter Bezugnahme auf 8 bis 10 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wiederum zur Verwendung mit einem Dickfilmplattenheizelement, ähnlich zu demjenigen, das in der früheren Ausführungsform gezeigt ist.
Die in 8 bis 10 gezeigte Steuer/Regeleinheit 200 ist eine Doppelpolüberhitzungsschutzeinrichtung, umfassend eine ersten und eine zweiten Überhitzungsschutzeinrichtung 202, 204, die in einem schachtartigen Kunststoffformgehäuse 206 angebracht sind. Die Schutzeinrichtungen sind in den jeweiligen Polen der Stromzufuhr für das Heizelement angeordnet. Das Gehäuse 206 ist mit Montagebohrungen 208 zur Aufnahme von Schrauben, Bolzen oder dgl. (nicht gezeigt) geformt, die die Steuer/Regeleinheit 200 am Heizelement oder einer Halterung für das Heizelement anbringen.
Jede Überhitzungsschutzeinrichtung 202, 204 besitzt im Wesentlichen dieselbe Konstruktion wie die Schutzeinrichtung 60 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher umfasst jede Schutzeinrichtung eine im Allgemeinen U-förmige Blattfeder 212, deren einer Schenkel 214 einen schnappend wirkenden Bimetallaktuator 216 der in GB 1542252 beschriebenen Art haltert. Jeder Aktuator 216 besitzt dieselbe nominelle Betriebstemperatur von typischerweise 135°–150°C. Wie bei der früheren Ausführungsform ist der Schenkel 214 nicht planar, sondern an seinem freien Ende derart gebogen, dass er einen sauberen Eingriff des Aktuators 216 mit dem Heizelement erleichtert, um einen guten Wärmekontakt zwischen dem Aktuator und dem Heizelement sicherzustellen.
Der andere Schenkel 218 jedes Blattfederelements 212 haltert einen Silberkontakt 220, der in Gebrauch eine elektrische Verbindung mit einem jeweiligen Bahnkontakt 221 herstellt. Eine Zunge 222 ist von dem Schenkel 218 zur Positionierung eng unter einem beweglichen Umfangsteil des Aktuators 220 nach oben gefaltet.
Der Querschenkel 224 jedes Blattfederelements 212 ist wie gezeigt zur Anordnung innerhalb von Montageklammern 226 ausgebildet, die in dem Formteil 206 vorgesehen sind. Das Ende jedes Querelements 224 ist als ein Steckanschluss 228 zur Verbindung mit einem passenden Anschluss ausgebildet, der an einer Stromzufuhrdurchführung (nicht gezeigt) vorgesehen ist.
Der Kontaktmontageschenkel 218 jedes Blattfederelements 212 ist mit einer Verlängerung 230 ausgebildet, die mit einem Zwischenraum mit Schlitzen 232 in Eingriff gelangt, die in einem Ende eines Betätigungshebels 234 ausgebildet sind. Wie am deutlichsten aus 10 ersichtlich ist, ist der Betätigungshebel 206 an der Unterseite des Formteils 206 angebracht. Insbesondere ist der Betätigungshebel 234 mit lateral beabstandeten, nach oben abstehenden Pfeilern 236 versehen, die vorstehende Schneidkanten 238 aufweisen, die in in vor springenden Teilen 242 des Formteils 206 vorgesehene Nuten 240 eingreifen. Das andere Ende des Betätigungshebels 234 ist mit einer Nut 244 versehen, die ein Ende einer C-Feder 246 aufnimmt. Das andere Ende 250 der C-Feder 246 ist in einer Nut 248 aufgenommen, die in dem Formteil 206 vorgesehen ist.
Das Ende 250 des Betätigungshebels 234 ist mit einem Paar von Montageansätzen 252 versehen, die einen Knopf (nicht gezeigt) aufnehmen, der sich bei Gebrauch in eine Position erstreckt, in der er durch einen Benutzer manipuliert werden kann.
Der obige Betätigungshebelmechanismus wirkt, um eine zyklisches arbeiten der Steuerung/Regelung während des Betriebs zu verhindern, und ebenfalls als ein Ein/Aus-Mechanismus, wie nun in der Beschreibung des Betriebsmodus der Steuer/Regeleinheit weiter diskutiert wird.
Bei Gebrauch wird jeder jeweilige Aktuator 216 gegenüber dem Heizelement durch den Schenkel 214 des jeweiligen Blattfederelements 212 vorgespannt und die Kontakte 220 werden gegenüber dem Heizelement durch die Federschenkel 218 vorgespannt. Während Normalbetrieb des Heizelements bleiben die jeweiligen Kontaktpaare 220, 221 geschlossen, und Strom wird dem Heizelement zugeführt. Für den Fall, dass das Heizelement überhitzt, erreicht der eine oder andere der Aktuatoren 216 seine Betriebstemperatur, kehrt seine Krümmung mit einer Schnappwirkung um und verursacht, dass der Schenkel 218 sich verbiegt, um den Kontakt 220 von dem Kontakt 221 abzuheben, wodurch die Zufuhr von Energie zum Heizelement unterbrochen wird.
Eine Bewegung des Schenkels 218 verursacht ebenfalls seine Verlängerung, um den Betätigungshebel 234 über eine Wand des jeweiligen Schlitzes 232 aufzunehmen. Diese Bewegung verursacht, dass der Betätigungshebel 234 sich über den Mittelpunkt bezüglich seiner C-Federhalterung bewegt, wobei die C-Feder dann bewirkt, dass der Betätigungshebel 234 sich in eine Position be wegt, in der die anderen Wände der jeweiligen Schlitze 232 beide Verlängerungen 230 aufnehmen, und beide jeweiligen Schenkel 218 sich zu einer geöffneten Position bewegen, in denen beide Sätze von Kontakten geöffnet sind. Energie kann dem Heizelement nicht wiederzugeführt werden, bis der Betätigungshebel 234 durch einen Benutzer zurückgesetzt ist, der diesen über die Mitte in die entgegengesetzte Richtung drückt, wodurch ermöglicht wird, dass die Kontakte sich wieder schließen.
Sollte während des Normalbetriebs des Heizelements ein Benutzer das Heizelement ausschalten wollen, kann er oder sie den Betriebsknopf von seiner "Ein"-Stellung derart bewegen, dass die Seite des Schlitzes 232 die Verlängerungen 230 beider Schutzeleinrichtungen 202, 204 aufnimmt, wie oben beschrieben, und die Kontakte 220 von den Heizkontakten 221 abhebt.
Auf diese Weise stellt die Ausführungsform eine einfache Doppelpolschutzeinrichtung bereit, die auch als Ein/Aus-Schalter für das Heizelement dienen kann. Die unabhängige Anbringung der Aktuatoren ermöglicht es auch, dass jeder individuell in optimalem Wärmekontakt mit dem Heizelement vorgespannt wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 11 bis 13 beschrieben. Diese Figuren zeigen eine integrierte wärmeempfindliche Steuer/Regel- und elektrische Verbindereinheit zur Verwendung mit einem Dickfilmheizelement in einem Wasserheizgefäß, wie einem Kessel oder Wasserheizkrug.
Die Einheit 300 umfasst ein Verbinderformteil 302, das an seiner oberen Fläche 304 eine Montageplatte 306 und zwei Aktuator/Kontaktanordnungen 308, 308' hält. Das Verbinderformteil 302 enthält elektrische Anschlüsse, die in derselben Konfiguration angeordnet sind wie diejenigen, die in der bereits früher veröffentlichten Anmeldung WO95/08024 des Anmelders offenbart sind, wie sie in dessen kommerziell erhältlichem P72-Verbinder verwendet werden. Wie dem Fachmann vertraut ist, umfassen diese Anschlüsse einen ringförmigen Erdanschluss 310, einen ringförmigen Neutralanschluss 312 und einen Leitungsstift 314, die alle konzentrisch angeordnet sind.
Jede Aktuator/Kontaktanordnung 308, 308 ist im Wesentlichen nach demselben Prinzip wie die in den vorigen Ausführungsformen beschriebenen Anordnungen konstruiert, wobei der Aktuator 316, 316' und der Kontakt 318, 318' an den jeweiligen Schenkeln eines im Allgemeinen U-förmigen Blattfederelements 320, 320' angebracht sind. Die neutrale Aktuator/Kontaktanordnung 308' wird durch Drücken über einem Zapfen 322' befestigt, der an dem Formteil 302 ausgebildet ist, und ist direkt elektrisch mit dem ringförmigen Neutralanschluss 312 des Verbinders mittels Aufnahmezungen 324' angeschlossen, welche sich von dem oberen Ende des ringförmigen Neutralanschlusses 312 erstrecken.
Die Leitungsseitenanordnung 308 ist ebenfalls auf der Oberseite des Verbinderformteils über einen Zapfen 322 angebracht und ist mit einer Zunge 328 verbunden, die einen Verbinder eines separaten Dampfschalters (nicht gezeigt) aufnehmen soll. Ein weitere Zunge 330, die mit der anderen Seite des Dampfschalters verbunden ist ist mit dem Leitungsstift 314 durch einen nicht gezeigten Leiter verbunden.
Die Montageplatte 306 ist an dem Verbinderformteil 302 mittels Zungen 332 angebracht, die sich von dem Erdanschluss 310 durch die Platte nach oben erstrecken, und die dann abgebogen sind. Die Montageplatte 306 besitzt drei Montagelöcher 336 zum Eingriff über Montageansätzen, die an dem Heizelement vorgesehen sind.
Man beachte, dass das Verbinderformteil 302 zwei flügelförmige Erweiterungen 340 besitzt. Diese Erweiterungen 340 sind an der Oberseite und Unterseite offen und dienen lediglich zur Erleichterung der Handhabung der Steuer/Regeleinheit und verhindern eine zufällige Beschädigung der Aktuator/Kontaktanord nungen 308, 308'.
Es versteht sich, dass bei Gebrauch dann, wenn die Einheit 300 über den an dem Heizelement vorgesehenen Ansätzen angebracht ist, die Aktuatoren 316, 316' in guten Wärmekontakt mit einem Abschnitt des Heizelements gebracht sind und die Kontakte 318, 318' mit jeweiligen Kontakten an der Heizelementbahn in Eingriff stehen. Sollte das Heizelement lokal überhitzen, betätigt sich demzufolge der eine oder andere der Aktuatoren 316, 316', wodurch der zugeordnete Kontakt 318, 318' von dem Heizelement in der oben diskutierten Weise abgehoben wird, wodurch die Stromzufuhr zu dem Heizelement unterbrochen wird.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Diese Ausführungsform offenbart eine Anpassung der Einheit von 11 bis 13, die die Einbeziehung eines dampfempfindlichen Aktuators zum Ziel hat. Hierfür umfasst die Einheit 400 ein Formteil 402, das im Allgemeinen ähnlich zu dem Formteil 302 der früheren Ausführungsform ist, aber eine Erweiterung 404 zur Anbringung eines federbelasteten, schwenkbar angebrachten Betätigungshebels 406 aufweist, der mit einem Steuer/Regelknopf (nicht gezeigt) verbunden ist.
Das Betätigungsprinzip des Betätigungshebels 406 ist ähnlich zu demjenigen der in 8 bis 10 offenbarten Anordnung. Hierfür besitzt sie an einem Ende 410 zwei Arme, die jeweiligen Aktuator/Kontaktanordnungen 416, 418 zugeordnet sind. Jeder Arm 412, 414 besitzt einen Abschnitt 421, der sich über die Kontakthalterungs-Blattfeder 420 erstreckt, und einen anderen 422, der sich darunter erstreckt. Wie in der Ausführungsform von 8 gezeigt ist, betätigt sich der Aktuator anfänglich, um die Kontaktfeder 420 zu bewegen, die dann den Armabschnitt 422 des Betätigungshebels 406 aufnimmt, welcher dann den Betätigungshebel 406 über den Mittelpunkt bewegt, so dass der andere Armabschnitt 421 mit der Kontakthalterungs-Blattfeder 420 in Eingriff gelangt, um diese vollständig von dem darunter liegenden Heizelement weg zu bewegen. Der Kontakt der anderen Anordnung 416 wird ebenfalls durch den Betätigungshebel 406 geöffnet, was bedeutet, dass die Betätigung von lediglich einem Aktuator eine Doppelpolschaltung bewirkt.
Die Formerweiterung 404 nimmt einen Bimetallaktuator (nicht gezeigt) auf, der dem in dem Flüssigkeitsheizgefäß erzeugten Dampf ausgesetzt ist, welcher auf den Aktuator über eine Dampföffnung 430 in einer Weise ähnlich zu derjenigen, die in WO95/34187 offenbart ist, geleitet wird. Wenn der Aktuator betätigt wird, verursacht er, dass der Betätigungshebel 406 sich über den Mittelpunkt bewegt und daher verursacht, dass die Kontakt tragende Blattfeder 420 von beiden Anordnungen 416, 418 durch die darüber liegenden Abschnitte 421 der jeweiligen Arme 412, 414 aufgenommen wird und so den Kontakt daran weg von der Heizelementbahn bewegt.
Wenn der Betätigungsarm durch einen Benutzer zurückgesetzt wird, ist die Kontakt halternde Blattfeder 420 in der Lage, unter ihrer eigenen Elastizität zu ihrer ursprünglichen Stellung zurückzukehren.
Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform von 14 ist, dass ein Paar von Blattfedern 450 sich von der Einheit zum Eingriff mit Kontaktstellen erstrecken, die an dem Heizelement vorgesehen sind. Diese Blattfedern sind an der anderen Seite der Steuerung/Regelung durch geeignete Verbinder mit einer Glimmanzeige verbunden, die anzeigt, wenn die Bahn unter Strom steht. Für den Fall, dass die Energie zu der Bahn und durch Betätigung der Dampf- oder Überhitzungsaktuatoren unterbrochen ist, wird dem Heizelement kein Strom zugeführt, was bedeutet, dass die Glimmlampe, deren einzige Stromquelle vom Heizelement stammt, erlischt.
In der Modifikation der Ausführungsform von 14, die in 15 gezeigt ist, besitzt jede Seite des Betätigungshebelendes 450 zwei Arme 452, 454, von denen beide unterhalb des Bimetallaktuators 456 angeordnet sind. Der Arm 452 besitzt eine Rippe 458, die unter dem Aktuator 456 angeordnet ist, und der andere Arm 454 erstreckt sich über die Blattfeder 460, an der der Kontakt 462 angebracht ist. In dieser Anordnung wirkt der Aktuator 456 nach Betätigung anfänglich auf die Rippe 458, so dass ein Schwenken des Betätigungshebels über die Mitte beginnt. Diese Bewegung verursacht, dass der zweite Arm 454 die Blattfeder 460 aufnimmt und so den Kontakt 462 außer Kontakt mit der Heizelementbahn bringt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sie einen maximalen Nutzen aus der Bewegung und Kraft zieht, die durch den Aktuator 456 erzeugt wird. Es kann selbstverständlich möglich sein, dass der Aktuator 456 immer noch eine Kraft auf die Feder 460 ausübt, abhängig von der besonderen Stellung relativ zum Aktuator.
Es versteht sich, dass die Erfindung auf einen ganzen Bereich von Produkten, wie Flüssigkeitsheizgefäße, etwa Kessel und Krüge, Kaffeemaschinen, Fritteusen usw. angewendet werden kann.
Es versteht sich ebenfalls, dass verschiedene Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Obwohl die zweite Ausführungsform als Doppelpolüberhitzungsschutzeinrichtung beschrieben worden ist, kann beispielsweise einer der Aktuatoren derart gewählt sein, dass er eine solche Betriebstemperatur aufweist, dass er als einfacher Thermostat wirkt, der das Heizelement zyklisch mit Strom versorgt. In diesem Fall ist dem Aktuator kein Betätigungshebelmechanismus zugeordnet. Jedoch kann der andere Aktuator immer noch als eine Überhitzungsschutzeinrichtung wirken, die derart gewählt ist, dass sie bei einer höheren Temperatur arbeitet, und falls gewünscht, kann dem Aktuator immer noch ein Betätigungshebelmechanismus zugeordnet sein. Dieser Betätigungshebel kann jedoch derart angeordnet sein, dass er die Sätze von Kontakten, die dem zyklischen Thermostat zugeordnet sind, öffnet, wodurch ein Ausschneiden eines Doppelpols bereitgestellt wird.

Claims

Wärmeempfindliche Steuer/Regeleinrichtung (6; 200; 300; 400) für ein elektrisches Dickfilmheizelement (4), umfassend einen Bimetallaktuator (68, 216, 316, 416), der so angeordnet ist, dass er einen guten Wärmekontakt mit dem Heizelement herstellt, und einen beweglichen elektrischen Kontakt (78) zum Eingriff mit einem am Heizelement vorgesehenen Kontakt (34), wobei der bewegliche Kontakt (78) betriebsgemäß derart mit dem Bimetallaktuator (68) gekoppelt ist, dass er sich bei Gebrauch nach einer Betätigung des Aktuators (68) außer Eingriff mit dem Heizelementkontakt bewegt, um die Stromversorgung zu dem Heizelement zu unterbrechen, wobei der Bimetallaktuator (68) und der bewegliche Kontakt (78) an einem gemeinsamen Blattfedermittel (64, 212, 320) angebracht sind, welches bei Gebrauch federnd wirkt, um den Aktuator (68) in Wärmekontakt mit dem Heizelement (4) und den beweglichen Kontakt (78) in elektrischen Kontakt mit diesem vorzuspannen.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Blattfedermittel (64) eine Blattfeder umfasst, die wenigstens zwei verbundene Schenkel (66, 76) aufweist, an denen jeweils der Aktuator (68) und der Kontakt (78) angebracht wird.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Blattfedermittel (64) im Allgemeinen U-förmig ist, wobei der Kontakt (78) und der Aktuator (68) an dem jeweiligen Seitenschenkel (66, 76) des U angebracht ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schenkel (66), an dem das Kontaktelement (78) angebracht ist, derart angeordnet ist, dass er einen beweglichen Abschnitt des Aktutators (68) überlappt.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 4, wobei der den Kontakt tragende Schenkel (76) eine nach oben gefaltete Zunge (84) zum Eingriff mit dem Aktuator (68) umfasst.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (68) ein Schnappaktuator ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (68) derart angeordnet ist, dass er direkt auf den Teil (76) des Blattfedermittels einwirkt, an dem der Kontakt (78) angebracht ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blattfederelement mit einem Anschluss (96) zur Verbindung mit einer externen Stromversorgung versehen ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blattfederelement in einem Steuerungs/Regelungsgehäuse (50) zum Anbringen des Behälters (2) oder Heizelements (4) angebracht ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (216; 416) eine Bewegung eines federbelasteten Schalthebels (234; 406) verursacht, dessen Wirkung es ist, den Kontakt (220; 422) bis zu einem Zurücksetzen offenzuhalten.
Steuer/Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuer/Regeleinrichtung ein Überhitzungsschutzmittel (60) für das Heizelement bildet, das im Fall einer Überhitzung des Heizelements betätigbar ist.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 11, umfassend ein Paar von Aktuatoren (216; 316; 416), die an jeweiligen Federmitteln (212; 320) angebracht sind.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend ein Thermostat-Steuer/Regelmittel (62) zum Erwärmen von Flüssigkeit in dem Behälter auf eine gewünschte Temperatur.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Thermostat-Steuer/Regeleinrichtung einen Kriechwirkungs-Bimetallaktuator (110) umfasst, an dem ein elektrischer Kontakt (124) angebracht wird, der in Gebrauch einen Kontakt mit einem an dem Heizelement (4) vorgesehenen Kontakt (34) herstellt, so dass in Gebrauch dann, wenn die Flüssigkeit in dem Behälter eine vorbestimmte Temperatur erreicht, der Aktuator in einem solchen Ausmaß abgelenkt wird, dass sich der Aktuatorkontakt (124) von dem Heizelementkontakt (34) abhebt.
Steuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend Mittel zum Verändern der Betriebstemperatur der Thermostat-Steuer/Regeleinrichtung.
Anordnung zur Verwendung in einer wärmeempfindlichen Steuer/Regeleinrichtung für ein elektrisches Dickfilmheizelement (4), wobei die Anordnung einen Schnapp-Bimetallaktuator (68) und einen beweglichen elektrischen Kontakt (78) umfasst, wobei der Bimetallaktuator (68) und der Kontakt (78) an einem gemeinsamen Blattfedermittel (64) angebracht sind, das in Gebrauch federnd wirkt, um den Aktuator (68) in Wärmekontakt mit dem Heizelement (4) und den beweglichen Kontakt (78) in elektrischen Kontakt mit diesem vorzuspannen.
Anordnung nach Anspruch 16, wobei das Battfedermittel (64) eine Blattfeder umfasst, die wenigstens zwei verbundene Schenkel (66, 76) aufweist, an denen jeweils der Aktuator (68) und der Kontakt (78) angebracht wird.
Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Blattfedermittel (64) im Allgemeinen U-förmig ist, wobei der Kontakt (78) und der Aktuator (68) an dem jeweiligen Seitenschenkel (66, 76) des U angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schenkel (76), an dem das Kontaktelement angebracht wird, derart angeordnet ist, dass er einen beweglichen Abschnitt des Aktuators (68) überlappt.
Anordnung nach Anspruch 19, wobei der den Kontakt tragende Schenkel (76) eine nach oben geklappte Zunge (84) zum Eingriff mit dem Aktuator (68) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Blattfederelement (64) mit einem Anschluss (96) zur Verbindung mit einer externen Stromversorgung versehen ist.
Dickfilmheizelement in Kombination mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Flüssikeitserwärmungsbehälter (2), umfassend eine Dickfilmheizelementkombination nach Anspruch 22.