EP0374777B1 - Warmluftgerät - Google Patents

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EP0374777B1
EP0374777B1 EP89123320A EP89123320A EP0374777B1 EP 0374777 B1 EP0374777 B1 EP 0374777B1 EP 89123320 A EP89123320 A EP 89123320A EP 89123320 A EP89123320 A EP 89123320A EP 0374777 B1 EP0374777 B1 EP 0374777B1
Authority
EP
European Patent Office
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filament
heating conductor
contour
titanium
switch
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EP89123320A
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English (en)
French (fr)
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EP0374777A3 (de
EP0374777A2 (de
Inventor
Roland Starck
Hanno Roller
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Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Original Assignee
Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/323—Thermally-sensitive members making use of shape memory materials

Definitions

  • the invention relates to a warm air device according to the preamble of claim 1 (see US-A-3483 360).
  • the switch that cuts off the power supply in the event of overheating is switched in the prior art by an exposed bimetal sensor.
  • Temperature monitors with switch springs with two stable positions, namely in the closed and open positions can be created.
  • the movable contact spring remains in the open position only as long as it is held in it by the bimetal element. After the bimetal element has cooled, it returns to its starting position, so that the circuit in the radiator can be closed again. If the causes that led to the device overheating have not been remedied, the device will switch off again due to another impermissible rise in temperature a total of one cycle of the switch.
  • a disadvantage of all temperature monitors is that they can only detect the overheating temperatures point by point or locally in the device. A defined shutdown cannot therefore be achieved. Either the switch must be set so sensitive that it switches early, i.e. switches off at actually uncritical temperatures if the local temperature increase takes place in its immediate vicinity or there is a risk that the switch will not turn off when critical temperatures are reached, even if critical temperatures have been reached.
  • US-A-3 483 360 shows a warm air heater in the form of a space heater, which is apparently arranged in a stretched manner in the baseboard area.
  • a sensor wire made of memory metal is stretched, which can trigger a switching process to interrupt the circuit leading to the heating element if a predetermined temperature is exceeded.
  • the memory wire extends over the entire length of the radiator. As a result, it can also perform a switching function in the event of local overheating.
  • a stretched radiator arranged in a baseboard has a greater length
  • a wire stretched over the entire radiator is also provided with a length sufficient for a sufficient switching operation.
  • the invention has for its object to provide a compact warm air device with a compact radiator, in which overtemperature is also detected in a safe manner in terms of construction and manufacture, and a safety switching process can thus be triggered.
  • this object is achieved in a warm air device of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
  • An extremely homogeneous titanium-nickel alloy is understood to mean an alloy in which the individual crystals in the wire are directed. Such an extremely homogeneous titanium-nickel alloy cannot be compared with the previously known nitinol compounds, as will be explained in more detail below.
  • the titanium-nickel wire is fixed in the warm air device in such a way that one end relative to the carrier plate, if necessary. directly on this, is fixed, while the other end is freely movable and connected to a switch contact, so that it can actuate the wire due to changes in length.
  • the switch is located in the power supply circuit for the heating element of the warm air device.
  • the piece of wire is guided in the form of a partial arc within the contour determined by the heating conductor and / or that the piece of wire is guided in the form of a partial arc around the outer conductor contour of the heating conductor.
  • the nickel-titanium thread used can contract even when the temperature rises locally. It retains its shape even when it falls below its switching temperature again until it is mechanically pulled back to its original length, which is possible thanks to a resettable microswitch.
  • the power switch therefore remains interrupted until the original length of the nickel-titanium wire is restored via a mechanical reset. This ensures that an automatic restart upon subsequent cooling cannot be done.
  • wires with a nickel-titanium alloy are preferably used for transition temperatures from 80 ° C to 110 ° C.
  • transition temperatures of up to 170 ° C are currently reached.
  • a radiator 1 for heating air is shown, as it is in a warm air device, such as in particular a fan heater.
  • the heating element 1 has a circular or annular heating conductor support 2 made of insulating material.
  • Heating resistance wires 3 are fastened on the heating conductor carrier 2 by means of rivets 4.
  • the wires 3 extend from their fastening points essentially radially or in a star shape to the outside, so that the heating conductor 3 is guided around the heating conductor carrier 2 in a meandering or zigzag shape.
  • the heating conductor 3 can be surrounded on the outside by housing walls (not shown) of the warm air device.
  • Such suitable wires are sold, for example, by Toki through their dealer Gut Linden in D-8121 Eberfing, postal address: Postfach 227, D-120 Weilheim under the name BioMetal.
  • Such extremely homogeneous nickel-titanium alloys have a significantly higher homogeneity and uniformity of the crystal structure than the conventional nickel-titanium alloys used until the early 1980s, which were known under the name Nickinol, in particular not an arbitrary distribution of the crystal domains, but their directional arrangement.
  • the extremely homogeneous titanium-nickel alloys do not form local overheating or extra hot spots, which could lead to fatigue and permanent deformation of the material, but rather retain their shape-memory characteristic over millions of cycles. Alignment prevents migration or relocation between neighboring metal domains that could cause hardening, fatigue and breakage.
  • One end of the titanium-nickel wire 5 is attached directly to the heating conductor support 2 by a mechanical fastening 6. It could also be fixed indirectly or indirectly to the heating conductor carrier 2, for example on a housing part of the warm air device surrounding it, on rigid struts connected to the heating conductor carrier 2 or in a similar manner. It is essential in any case that said end 5a of the nickel-titanium wire is fixed relative to the heating conductor carrier.
  • the nickel-titanium wire 5 extends from the fixing point 6 in the exemplary embodiment shown via deflection points 8 to the lever arm 9 of a microswitch 10, to which the wire 5 is fastened with its free end 7 facing away from the fixed end 5a.
  • the deflection points could in principle be formed in the simplest manner by pins or eyelets fastened to the heating conductor carrier 2 through which the wire 5 is passed, the preferred embodiment shown in FIG 14 is attached, which in its outer circumference preferably has a groove 12 in which the wire 5 lies.
  • the disk 14 can be rotatably attached to the rivet 13.
  • the microswitch 10 is a conventional microswitch with a reset option, which can be switched back to the closed state by hand after opening its contact.
  • the nickel-titanium wire 5 contracts and thus opens the microswitch 10, so that the power supply to the heating conductor 3 supplied via this is interrupted and the latter can cool down. Via its reset button (not shown), the microswitch 10 can then be manually switched on again after the conditions that have led to the switch-off, such as a towel etc. hung over the warm air device to dry.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Warmluftgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (siehe US-A-3483 360).
  • Der bei Überhitzung die Stromzufuhr unterbrechende Schalter, speziell ein Temperaturwächter, wird beim Stand der Technik durch einen offenliegenden Bimetallfühler geschaltet. Es können zwar Temperaturwächter mit Schaltfedern mit zwei stabilen Positionen, nämlich in Schließ- und Öffnungsstellung, geschaffen werden. In Warmluftgeräten mit offenen Schaltern werden derartige Schalter allerdings nicht eingesetzt. Die bewegliche Kontaktfeder bleibt vielmehr lediglich so lange in Offenstellung, wie sie durch das Bimetallelement in dieser gehalten wird. Nach Abkühlung des Bimetallelements geht dieses wieder in seine Ausgangslage zurück, so daß der Stromkreis im Heizkörper wieder geschlossen werden kann. Wenn die Ursachen, die zur Überhitzung des Geräts führten, nicht behoben sind, so kommt es aufgrund erneuten unzulässigen Temperaturanstiegs wiederum zu einer Abschaltung, also insgesamt zu einem Takten des Schalters. Diese wiederholten Schaltungen können durch Überhitzung der Kontaktfläche zum Abbrennen derselben oder zum Verschmelzen der beiden einander berührenden Kontakte führen, wodurch eine Abschaltung und damit eine Temperaturüberwachung nicht mehr gegeben ist. Hierdurch kann es zur Zerstörung des Heizkörpers und des Gerätes, in dem dieser eingebaut ist, kommen. Weiterhin besteht die Gefahr von Bränden.
  • Es wurde schon vorgeschlagen, zur Vermeidung des Taktens parallel zum Schaltkontakt ein PTC-Element zu schalten. Durch dieses fließt bei geöffnetem Schalter der Strom, erwärmt das PTC-Element, so daß dieses aufgrund der von ihm abgegebenen Wärme das Bimetallelement in seiner Hochtemperaturstellung und damit den Schalter offen hält. Hierdurch wird der Schalter so lange offen gehalten, bis der Netzstecker gezogen wird bzw. die Fehlerquelle beseitigt ist.
  • Bei allen Temperaturwächtern ist nachteilig, daß sie die Überhitzungstemperaturen nur punktförmig oder lokal im Gerät erfassen können. Eine definierte Abschaltung ist daher nicht erreichbar. Entweder muß der Schalter so empfindlich eingestellt sein, daß er schon frühzeitig, d.h. bei eigentlich unkritischen Temperaturen abschaltet, wenn die lokale Temperaturerhöhung unmittelbar in seiner Nähe erfolgt oder aber es besteht die Gefahr, daß bei entfernten Temperaturerhöhungen der Schalter trotz Erreichen kritischer Temperaturen noch nicht abschaltet.
  • Es wurde daher schon vorgeschlagen, mehrere Regler an verschiedenen Stellen in einem Gerät anzuordnen, um die Temperaturen an möglichst vielen Stellen des Geräts zu erfassen.
  • Abgesehen davon, daß dies einen erheblichen Mehraufwand mit den hierdurch verbundenen Mehrkosten bedingt, ist letztendlich hierdurch auch nur eine Mehrpunkttemperaturerfassung gegeben.
  • Die US-A-3 483 360 zeigt einen Warmluftheizkörper in Form eines Raumheizkörpers, der offenbar im Fußleistenbereich in gestreckter Weise angeordnet ist. Parallel zu dem gestreckten Heizkörper ist ein Sensordraht aus Memory-Metall gespannt, der bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur einen Schaltvorgang zur Unterbrechung des zum Heizkörper führenden Stromkreises auslösen kann. Der Memory-Draht erstreckt sich dabei über die gesamte Länge des Heizkörpers. Hierdurch kann er auch bei lokalen Überhitzungen eine Schaltfunktion ausüben. Da außerdem ein in einer Fußbodenleiste angeordneter, gestreckter Heizkörper ohne weiteres eine größere Länge aufweist, ist auch ein über den gesamten Heizkörper hin gestreckter Draht mit einer für einen hinreichenden Schaltvorgang hinreichenden Länge versehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Warmluftgerät mit einem kompakten Heizkörper zu schaffen, bei dem in konstruktiv und fertigungsmäßig einfacher Ausgestaltung ebenfalls in sicherer Weise Übertemperaturen erfaßt und damit ein Sicherheitsschaltvorgang ausgelöst werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Warmluftgerät der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Insbesondere kommen äußerst homogene Legierungen mit gerichteten Kristallen als Memory-Material zum Einsatz.
  • Herkömmliche Titan-Nickel-Legierungen mit ungeordneter Struktur sind seit langer Zeit bekannt und wurden als Federn mit einer herkömmlichen Gegenfeder eingesetzt, wobei die Ti-Ni-Feder ihre Federkonstante mit der Umgebungstemperatur ändert und ihre Konstante bei tiefen Temperaturen unter der Konstante der herkömmlichen Feder und bei hohen Temperaturen über dieser liegt, so daß hierdurch Schaltkontakte geschaltet werden konnten (DE-OS 29 12 361, DE-OS 21 39 852). Abgesehen davon, daß diese Schalter auch nur lokale Temperaturänderungen feststellen können, kann bei ihnen ein Takten nicht vermieden werden, da die relative Stärke der Federkräfte beider Federn jeweils mit Temperaturänderungen wechselt, so daß hierdurch ein Takten gegeben sein kann.
  • Unter einer äußerst homogenen Titan-Nickel-Legierung wird eine Legierung verstanden, bei der die einzelnen Kristalle im Draht gerichtet sind. Eine derartige äußerst homogene Titan-Nickel-Legierung ist mit den bisher bekannten Nitinol-Verbindungen nicht vergleichbar, wie weiter unten genauer erläutert wird.
  • Der Titan-Nickel-Draht ist im Warmluftgerät derart befestigt, daß ein Ende relativ zur Trägerplatte, ggfls. direkt an dieser, fixiert ist, während das andere Ende frei beweglich und mit einem Schaltkontakt verbunden ist, so daß es aufgrund von Längenänderungen des Drahtes diesen betätigen kann.
  • Der Schalter sitzt wie üblich im Stromversorgungskreis für den Heizleiter des Warmluftgeräts.
  • Durch die Ausgestaltung kann eine Temperaturerfassung über größere Bereiche, beispielsweise über die Länge des Nickel-Titan-Drahtes erfolgen. Die Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, daß selbst durch ein Ziehen des Netzsteckers eine Wiedereinschaltung nicht möglich ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Drahtstück teilbogenförmig innerhalb der durch den Heizleiter bestimmten Kontur geführt ist und/oder daß das Drahtstück teilbogenförmig um die Außenleiterkontur des Heizleiters geführt ist.
  • Auch bei lokalen Temperaturerhöhungen kann sich der eingesetzte Nickel-Titan-Faden zusammenziehen. Er behält seine Form auch bei erneutem Unterschreiten seiner Schalttemperatur, bis er wieder mechanisch in seine ursprüngliche Länge gezogen wird, was durch einen rücksetzbaren Mikroschalter möglich ist.
  • Der Stromschalter bleibt also so lange unterbrochen, bis über eine mechanische Rückstellung die ursprüngliche Länge des Nickel-Titan-Drahtes wieder hergestellt wird. Damit ist gewährleistet, daß bei nachfolgender Abkühlung ein selbsttätiges Wiedereinschalten nicht erfolgen kann.
  • In der Praxis werden vorzugsweise Drähte mit Nickel-Titan-Legierung für Übergangstemperaturen von 80° C bis 110° C eingesetzt. Bei Ersatz des Nickelanteils durch Palladium werden gegenwärtig Übergangstemperaturen bis zu 170° C erreicht.
  • Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
    • Figur 1
    einen Heizkörper für ein Warmluftgerät in Seitenansicht; und
    Figur 2
    einen Schnitt entlang der Linie II-II, insbesondere durch einen Umlenkpunkt für den sich unter Temperaturerhöhung kontrahierenden Draht.
  • In der Fig. 1 ist ein Heizkörper 1 zur Erwärmung von Luft dargestellt, wie er sich in einem Warmluftgerät, wie insbesondere einem Heizlüfter befindet. Der Heizkörper 1 weist einen kreisscheiben- oder kreisringförmigen Heizleiterträger 2 aus Isoliermaterial auf. Auf dem Heizleiterträger 2 sind Heizwiderstandsdrähte 3 mittels Nieten 4 befestigt. Die Drähte 3 erstrecken sich von ihren Befestigungspunkten im wesentlichen radial oder sternförmig nach außen, so daß der Heizleiter 3 insgesamt mäander-oder zick-zack-förmig um den Heizleiterträger 2 herumgeführt ist. Der Heizleiter 3 kann auf seiner Außenseite von Gehäusewänden (nicht dargestellt) des Warmluftgeräts umgeben sein.
  • Entlang dem Heizleiterträger 2 ist etwa teilkreisförmig ein Draht aus einer äußerst homogenen Titan-Nickel-Legierung angeordnet, die auch als Form-Gedächtnis-Legierung bezeichnet wird.
  • Derartige geeignete Drähte werden beispielsweise von der Firma Toki über deren Händler Gut Linden in D-8121 Eberfing, Postanschrift: Postfach 227, D-120 Weilheim unter der Bezeichnung BioMetal vertrieben. Derartige äußerst homogene Nickel-Titan-Legierungen weisen gegenüber den bis Anfang der 80er Jahre verwendeten herkömmlichen Nickel-Titan-Legierungen, die unter der Bezeichnung Nickinol bekannt waren, eine wesentlich höhere Homogenität und Uniformität der Kristallstruktur, insbesondere keine willkürliche Verteilung der Kristalldomänen, sondern deren gerichtete Anordnung auf. Dies führt dazu, daß die äußerst homogenen Titan-Nickel-Legierungen keine lokalen Überhitzungen oder Extra-Heiße-Stellen bilden, die zu Ermüdungen und bleibender Verformung des Materials führen könnten, sondern vielmehr seine Form-Gedächtnis-Charakteristik auch über Millionen von Zyklen beibehält. Durch die Ausrichtung werden Wanderungen oder Verlagerungen zwischen benachbarten Metalldomänen vermieden, die Härtung, Ermüdung und Bruch bedingen könnten.
  • Der Titan-Nickel-Draht 5 ist mit einem Ende am Heizleiterträger 2 durch eine mechanische Befestigung 6 direkt fest angebracht. Er könnte auch mittelbar oder indirekt zum Heizleiterträger 2 fixiert sein, beispielsweise an einem diesen umgebenden Gehäuseteil des Warmluftgerätes, an mit dem Heizleiterträger 2 verbundenen starren Streben oder in ähnlicher Weise. Wesentlich ist auf jeden Fall, daß das genannte Ende 5a des Nickel-Titan-Drahtes relativ zum Heizleiterträger fixiert ist. Der Nickel-Titan-Draht 5 erstreckt sich von der Festlegungsstelle 6 im dargestellten Ausführungsbeispiel über Umlenkstellen 8 bis zum Hebelarm 9 eines Mikroschalters 10, an dem der Draht 5 mit seinem dem festgelegten Ende 5a abgewandten freien Ende 7 befestigt ist.
  • Während die Umlenkstellen grundsätzlich in einfachster Weise durch Stifte oder am Heizleiterträger 2 befestigte Ösen, durch die der Draht 5 hindurchgeführt ist, gebildet werden könnten, sieht die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausgestaltung vor, daß am Heizleiterträger 2 mittels einem Niet 13 eine Umlenkscheibe 14 angebracht ist, die in ihrem Außenumfang in bevorzugter Weise eine Nut 12 aufweist, in der der Draht 5 einliegt. Die Scheibe 14 kann am Niet 13 drehbar befestigt sein.
  • Der Mikroschalter 10 ist ein herkömmlicher Mikroschalter mit Rückstellmöglichkeit, der nach Öffnen seines Kontaktes wieder von Hand in den geschlossenen Zustand übergeführt werden kann.
  • Wenn sich im Bereich des Nickel-Titan-Drahtes 5 eine gegenüber den normalen Betriebsbedingungen des Heizkörpers 1 bzw. des Warmluftgeräts, in dem dieser eingesetzt ist, erhöhte Temperatur ergibt, so kontrahiert der Nickel-Titan-Draht 5 und öffnet damit den Mikroschalter 10, so daß die Stromzufuhr zum über diesen versorgten Heizleiter 3 unterbrochen wird und dieser abkühlen kann. Über seinen Rückstellknopf (nicht dargestellt), kann der Mikroschalter 10 dann, nachdem die Bedingungen, die zum Abschalten geführt haben, wie ein über dem Warmluftgerät zum Trocknen gehängtes Handtuch etc.,wieder manuell eingeschaltet werden.

Claims (9)

  1. Warmluftgerät mit einem Heizkörper (1) mit einem Heizleiterträger (2) und einem von diesem getragenen Heizleiterdraht (3) und mit einem Überhitzungsschutz, wobei sich in der Stromversorgung des Heizleiterdrahts (3) ein durch ein temperaturempfindliches Teil beaufschlagter Schalter (10) befindet, wobei das temperaturempfindliche Teil ein gegenüber seinen Querschnittsabmessungen wesentlich längeres Drahtstück (5) aus Memory-Metall ist, das über einen größeren Bereich des Heizkörpers (1) gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) einseitig mit einem Ende (5a) relativ zum Heizleiterträger (2) festgelegt ist und mit seinem anderen freien Ende (7) an einem beweglichen Schaltteil (9) des Schalters (10) angreift und daß das Drahtstück (5) teilbogenförmig entlang der Außenkontur des Heizleiters (3) über drehbare Umlenkscheiben (14) an Umlenkstellen (8) geführt ist.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) teilbogenförmig innerhalb der durch den Heizleiter (3) bestimmten Kontur geführt ist.
  3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück teilbogenförmig um die Außenleiterkontur des Heizleiters (3) geführt ist.
  4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (14) mit das Drahtstück (5) aufnehmenden Nuten (12) versehen sind.
  5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Heizkörper (1) mit zylindrischer Kontur das Drahtstück (5) axial oder koaxial gespannt ist.
  6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) aus hochhomogenem Material besteht.
  7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) aus Material mit gerichteten Kristallen besteht.
  8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) aus einer Titan-Nickel-Legierung besteht.
  9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtstück (5) aus einer Palladium-Titan-Legierung besteht.
EP89123320A 1988-12-23 1989-12-16 Warmluftgerät Expired - Lifetime EP0374777B1 (de)

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EP0374777A3 EP0374777A3 (de) 1991-09-18
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