EP0416335B1 - Temperaturschalter - Google Patents

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Publication number
EP0416335B1
EP0416335B1 EP90115626A EP90115626A EP0416335B1 EP 0416335 B1 EP0416335 B1 EP 0416335B1 EP 90115626 A EP90115626 A EP 90115626A EP 90115626 A EP90115626 A EP 90115626A EP 0416335 B1 EP0416335 B1 EP 0416335B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outer tube
tube
temperature switch
sensor
temperature
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90115626A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0416335A1 (de
Inventor
Gerhard Gössler
Eugen Wilde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Gerate Blanc und Fischer GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6388967&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0416335(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by EGO Elektro Gerate Blanc und Fischer GmbH filed Critical EGO Elektro Gerate Blanc und Fischer GmbH
Publication of EP0416335A1 publication Critical patent/EP0416335A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0416335B1 publication Critical patent/EP0416335B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202—Switches
    • H05B1/0216—Switches actuated by the expansion of a solid element, e.g. wire or rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/10—Tops, e.g. hot plates; Rings
    • F24C15/102—Tops, e.g. hot plates; Rings electrically heated
    • F24C15/105—Constructive details concerning the regulation of the temperature
    • 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
    • H01H37/46—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid
    • H01H37/48—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a solid with extensible rigid rods or tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/742—Plates having both lamps and resistive heating elements
    • 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
    • H01H2037/326—Thermally-sensitive members with radiative heat transfer to the switch, e.g. special absorption surfaces

Definitions

  • the invention relates to a temperature switch according to the preamble of claim 1.
  • a temperature switch according to the preamble of claim 1 has become known.
  • Its sensor consists of a metal tube, which serves as an expansion element and which transmits its expansion to the switch via an internal rod made of material with a lower coefficient of thermal expansion.
  • This sensor is provided with a quartz tube pushed over it, which prevents the sensor from electrically bridging the air gap between the heating resistors and the heated glass ceramic plate.
  • the quartz tube is well permeable to radiation and thus hardly hinders the radiation heat transfer.
  • a regulator for gas stoves has become known, in which a further metal tube is slid over the sensor tube and lies at a distance from it. This tube is intended to prevent the gas flame from hitting the sensor directly.
  • a temperature switch has become known from EP-B-116 861, which lies on a web of the insulating material of the radiant heater in which it is installed and is partially shielded from it by radiation, so that a temporary response delay is brought about. This makes it possible to bring the radiant heater to a higher temperature level in the heating-up or parboiling phase, which is then lowered to a steady state during further operation, which certainly does not damage the glass ceramic plate in continuous operation.
  • EP-B-150 087 in which the outer tube belonging to the temperature sensor is designed as a quartz glass tube.
  • the sensor tube is provided with a coating of an infrared reflecting material in order to prevent infrared radiation transmitted through the tubular element from reaching the inner rod.
  • the outer sensor tube which forms the expansion standard, consists of a material that mainly absorbs the radiation coming from the radiation source, for example a sintered ceramic material, preferably Cordierite.
  • Temperature switches with such rod-shaped differential expansion rods as sensors in which the outer tube belonging to the sensor consists of a quartz material, as in DE-A-28 39 161, can be made relatively thin and solve because of the good insulating properties of the quartz material the problem of breakdown resistance between the heating resistors and the heating plate, but are relatively prone to breakage. Above all, a break or even the slightest damage at one of the ends immediately affects the switching accuracy and can therefore endanger the entire device to be monitored. Furthermore, coatings on the quartz material are difficult to apply with the necessary resistance and can produce a kind of "greenhouse effect" inside the sensor, which adversely affects the control behavior.
  • the object of the invention is therefore to provide a temperature limiter which avoids the disadvantages of the prior art and ensures a higher switching amplitude and an increased heating-up period, in particular in the case of a reliable, reliable construction.
  • the use of a ceramic material which inherently has absorption or reflection properties, advantageously both, ensures that the sensor receives only with secondary heat in the form of secondary radiation from the outer tube or from contact or convection heat transfer. This automatically causes a delay, which leads to a thermal response delay of the temperature switch. This means that the set switch-off temperature can "overshoot" at the start of the controller, while the set temperature is then precisely maintained in continuous operation.
  • the advantage of this is an increased thermal inertia of the outer tube, which increases the response delay.
  • the outer tube can consist of a technical ceramic containing magnesium silicate, possibly with a proportion of aluminum silicate, or contain this.
  • a technical ceramic containing magnesium silicate possibly with a proportion of aluminum silicate, or contain this.
  • Particularly preferred as the material is steatite, which in the sintered state not only has the advantageous reflection and absorption properties, ie is hardly transparent to radiation directly, but that has also been shown to be less susceptible to breakage in drop tests than a tube made of quartz material.
  • its better thermal conductivity properties contribute to an improved control behavior, in particular in the event that there are too small heat consumers (pots) or displaced pots above the heating point. In these cases, the temperature switch responds earlier than with the quartz tube, so that partial overheating on the glass ceramic is avoided can.
  • the invention therefore not only achieves an initial switching delay, but also an earlier and thus also more precise response in the particularly critical case of the “displaced pot”. These requirements, which contradict themselves, are surprisingly achieved, although the switching hysteresis is significantly greater than in the prior art version.
  • the temperature switch for radiant heating for glass ceramics the radiation source of which contains at least one radiant heater, the heating resistor of which operates at temperatures above 1500K and is designed, for example, as a halogen lamp. Because of their intense and relatively short-wave radiation, these so-called light emitters are particularly critical to regulate in the sense of a temperature limitation for the glass ceramic plate, especially if conventional heating resistors with significantly lower annealing temperatures are used.
  • FIG. 1 shows a radiant heater 11, which is arranged under a glass ceramic plate 12 indicated in FIG. 2 and delimits a heating or cooking point thereon.
  • the radiant heater 11 is heated by a light radiator 18 and a dark radiator 20.
  • the light radiator 18 contains a high-temperature-resistant heating resistor 21, for example made of tungsten, in a quartz glass tube.
  • the quartz glass tube 24 is polygonal or essentially circularly curved, with its two connections 22 running closely next to one another in parallel through the edge 14 out of the radiant heater and being provided with line connections there.
  • the intended annealing temperature is over 1500K, preferably 2300K.
  • the glow temperature of the dark radiator 20 is significantly below these values. It is a conventional helically bent open wire made of resistance material, which, because of its lower glow temperature, does not require a protective gas atmosphere like the light emitter.
  • the dark radiator is designed in the form of a double-guided ring, the connections 25 of which extend on the same side of the double arc to the inner and outer winding, the two on the other side Windings are connected by an arc 26.
  • a connector 38 for the dark radiator connections is inserted into the edge of the carrier shell 16.
  • a rod-shaped temperature sensor 27 of a temperature switch 28 protrudes diametrically over the circular radiant heater and is guided in the edge 14 on both sides.
  • the switch head 40 of the temperature switch 28 lies outside the rest of the radiant heater limitation. It contains two switch contacts 41, 42, which are indicated in FIG. 1. One serves to limit the temperature and the other serves as a signal contact for reporting the hot state of the hotplate.
  • the temperature sensor 27 projects at a distance from the underside of the glass ceramic plate 12 and the radiators 18, 20 through the bowl-shaped interior of the radiant heater.
  • the two emitters 18, 20 forming the radiation source form two rings which are essentially concentric with one another, of which the light emitter 18 forms the inner one.
  • the temperature sensor 27 of the temperature switch 28 consists of a metallic sensor tube 43 and a rod 44 located therein made of a material with a lower coefficient of thermal expansion than the sensor tube 43, for example a ceramic rod.
  • the sensor tube is fastened in the housing of the switch head 40, while the rod 44 acts directly or indirectly on the switch contact (s) 41, 42.
  • the rod 44 is supported on an adjusting screw (not shown) which is inserted there and which is adjustable in a thread of the sensor tube.
  • the sensor tube 43 is surrounded by an outer tube 45 which has a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the sensor tube, so that a gap 50 is formed between it and the sensor tube.
  • the outer tube 45 lies under gravity on the sensor tube, so that the gap 50 is formed in particular in the lower region.
  • the outer tube can lead axially within the edge 14 if the holes 46 in the edge 14, through which the sensor 27 is inserted for its positioning and guiding, are smaller than the outer diameter of the outer tube 45.
  • the outer tube which here over the entire Radiant heater diameter passes through in one piece, in particular in the areas in which the exposed radiation sources, such as the heating coil 20, are not to have a gap through which an electrically conductive bridge to the glass ceramic plate is formed.
  • the outer tube 45 is guided in a countersunk hole 48 in the edge near the free end of the sensor, so that the outer tube extends somewhat into the edge and there is no gap.
  • the outer tube also protrudes into an enlarged bore 49 of the edge, which, like the holes 46, 48, can also be formed as U-shaped recesses that are open toward the top of the edge.
  • the outer tube 45 is supported on this and positions it so elastically that it is pressed against the shoulder between the bores 46 and 48. As a result, the outer tube is guided elastically, so that it is much less likely to break than if it were freely movable.
  • the outer tube 45 is made of steatite. This material from the KER 200 group in accordance with DIN 40685 (ceramic insulating materials for electrical engineering) has proven particularly useful. Steatite is a product containing magnesium silicate which is particularly dense and is good before firing by casting, turning, extrusion, pressing or the like. can be processed so that a relatively thin-walled tube of greater length can be produced.
  • the outer tube 45 has an outer diameter of 7 mm with a wall thickness of approximately 0.8 mm. After firing, the material is mechanically very strong, has a very high dielectric strength and, above all, has a much higher flexural strength than quartz.
  • a particularly advantageous property in this connection is the fact that the material has a high specific heat with a relatively high bulk density, so that the thermal inertia, which the pipe conveys on account of its heat storage capacity, is great. Particularly important is the fact that it is not transparent and because of its mostly light color reflects a large part of the radiation, while the other part is absorbed and then only emitted to the actual sensor tube 43 by secondary radiation, heat conduction or convection, which with some Delay happens.
  • the thermal conductivity is also higher than that of the quartz material, so that the outer tube helps to distribute the heat over the length of the probe and thus to achieve an earlier response in the "displaced pot" situation described.
  • the radiation sources 18, 20 After the radiation sources 18, 20 are switched on, they heat up quickly, in particular the light emitter 18, and the radiation is directed onto the glass ceramic plate 12, which transmits part of the radiation but converts a large part.
  • the glass ceramic plate heats up considerably, and the critical temperature of the order of magnitude around 900 to 1000 K would be reached relatively quickly at its underside, at which the glass ceramic would suffer permanent damage if it were operated at this temperature for a long time.
  • the temperature limiter is provided, which is set to switch off the radiant heaters or to reduce their output when the temperature approaches the critical temperature of the glass ceramic plate, in addition to actuating a hot indicator which responds at temperatures around 300K.
  • the radiation is shielded by the outer tube 45, partly absorbed and partly reflected.
  • the gap 50 of, for example, 0.5 to 0.8 mm is formed between the sensor tube 43 and the outer tube 45 primarily on the lower side where the radiation impinges, so that there is an intermediate insulation gap.
  • the heat can therefore only be transferred by secondary radiation or by heat transfer in the gap 50, while contact transfer is only present in the upper section where the outer tube rests on the sensor tube.
  • the heat must be conducted by conduction around half the circumference of the outer tube. So there is a considerable delay in response, which allows the temperature on the underside of the glass ceramic to exceed the permanent limit value, which has turned out to be permissible and the parboiling times are significantly reduced.
  • the one-sided gap formation which is established by gravity in a heating element arranged under the heated plate, but can also be achieved by other measures in a different arrangement, also has the effect that, due to the better heat transfer from the heated plate, its retroreflection increases affects.
  • the delay caused by all factors, such as shielding, thermal mass, etc. has the effect that the switching amplitude can be increased by almost a power of ten and the switching intervals can thus be reduced to an acceptable level.
  • the switching amplitude could be increased from +/- 1.5K with a quartz tube to +/- 11k with a steatite outer tube as the outer tube.
  • the outer tube 45 naturally has the desired effect that the necessary air gap between the glass ceramic, which conducts at a higher temperature, and the radiant heaters, in particular the exposed radiant heaters, is not bridged. This is also important because in the event of breakage of the glass ceramic and / or an encapsulated radiation source, such as the light emitter 18, no electrically conductive bridge is created, but on the contrary, additional security against contact is created.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Temperaturschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-B-25 00 586 ist ein Temperaturschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden. Sein Fühler besteht aus einem Metallrohr, das als Ausdehnungselement dient und das seine Ausdehnung über einen innenliegenden Stab aus Material mit geringerem thermischem Ausdehnungskoeffizienten auf den Schalter überträgt. Dieser Fühler ist mit einem darübergeschobenen Quarzrohr versehen, das verhindert, daß der Fühler eine elektrische Überbrückung des Luftabstandes zwischen den Heizwiderständen und der beheizten Glaskeramikplatte darstellt.
  • Das Quarzrohr ist für Strahlung gut durchlässig und behindert so den Strahlungs-Wärmeübergang kaum.
  • Aus dem DE-U-78 26 549 ist ein Regler für Gasherde bekanntgeworden, bei dem über das Fühlerrohr ein weiteres Metallrohr geschoben ist, das im Abstand von diesem liegt. Dieses Rohr soll verhindern, daß die Gasflamme direkt den Fühler trifft.
  • Es ist aus der EP-B-116 861 ein Temperaturschalter bekanntgeworden, der auf einem Steg des Isoliermaterials des Strahlheizkörpers, in den er eingebaut ist, liegt und von diesem gegen Strahlung teilweise abgeschirmt wird, damit eine temporäre Ansprechverzögerung bewirkt wird. Dadurch ist es möglich, in der Anheiz- bzw. Ankochphase den Strahlheizkörper auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, das dann beim weiteren Betrieb auf einen Beharrungszustand abgesenkt wird, der mit Sicherheit keine Schädigung der Glaskeramikplatte im Dauerbetrieb bewirkt. Ähnliches geht aus der EP-B-150 087 hervor, bei dem das zum Temperaturfühler gehörende äußere Rohr als Quarzglasrohr ausgebildet ist. Das Fühlerrohr ist mit einer Beschichtung aus einem infrarot reflektierenden Material versehen, um zu verhindern, daß durch das rohrförmige Element durchgelassene Infrarotstrahlung den inneren Stab erreicht.
  • Aus der älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE-A-38 21 496 ist ein Temperaturfühler bekanntgeworden, dessen äußeres Fühlerrohr, das das Ausdehnungsnormal bildet, aus einem die von der Strahlungsquelle kommende Strahlung hauptsächlich absorbierenden Material besteht, beispielsweise einem durchgesinterten keramischen Material, vorzugsweise Cordierit.
  • Temperaturschalter mit derartigen stabförmigen Differenz-Ausdehnungsstäben als Fühler, bei denen das zum Fühler gehörende Außenrohr aus einem Quarzgut besteht, wie bei der DE-A-28 39 161, können zwar relativ dünn gebaut werden und lösen wegen der guten Isoliereigenschaften des Quarzgutes das Problem der Durchschlagsicherheit zwischen Heizwiderständen und Heizplatte, sind aber relativ bruchgefährdet. Vor allem wirkt sich ein Bruch oder auch nur die geringste Beschädigung an einem der Enden sofort auf die Schaltgenauigkeit aus und kann daher die gesamte zu überwachende Einrichtung gefährden. Ferner sind Beschichtungen am Quarzgut schwer mit der nötigen Beständigkeit anzubringen und können im Inneren des Fühlers eine Art "Treibhauseffekt" erzeugen, der das Regelverhalten ungünstig beeinflußt.
  • Es wäre daher erstrebenswert, die aus der DE-B-25 00 586 bekannte Reglerbauart mit innerem Vergleichsnormal-Stab und äußerem Ausdehnungsrohr, beispielsweise aus Metall, zu verwenden. Mit übergeschobenem Quarzgutrohr nach dieser Druckschrift sind jedoch die Schaltamplituden des Reglers zu gering, so daß er zu oft schaltet und die zulässige "Knackrate", die wegen der Netz- und Funkstörung vorgeschrieben ist, überschreitet. Außerdem erfolgt die Abschaltung beim ersten Aufheizen früher als es erwünscht ist. Beim ersten Aufheizen ist nämlich eine Überschreitung der für den Schutz der Glaskeramik nötigen maximalen Dauertemperatur möglich, ohne diese zu gefährden, so daß kürzere Anheizzeiten erreicht werden können. Das Quarzgutrohr ist außerdem relativ teuer und bruchanfällig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Temperaturbegrenzer zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere bei zuverlässiger, betriebssicherer Bauweise eine höhere Schaltamplitude und eine erhöhte Anheizperiode sicherstellt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst.
  • Die Verwendung eines keramischen Materials, das von sich aus Absorptions- bzw. Reflektionseigenschaften hat, vorteilhaft beides, sorgt dafür, daß der Fühler nur mit Sekundärwärme in Form von Sekundärstrahlung des Außenrohrs bzw. von Kontakt- oder Konvektions-Wärmeübertragung erhält. Dadurch tritt automatisch eine Verzögerung ein, die zu einer thermischen Ansprechverzögerung des Temperaturschalters führt. Dadurch kann am Beginn des Reglers die eingestellte Ausschalttemperatur "überschießen", während im Dauerbetrieb dann die eingestellte Temperatur genau gehalten wird. Vorteilhaft dafür ist eine erhöhte thermische Trägheit des Außenrohrs, die die Ansprechverzögerung vergrößert.
  • Durch die einseitige Spaltausbildung nach Anspruch 2, die bei einem unter der beheizten Platte angeordneten Heizelement sich durch die Schwerkraft einstellt, aber bei anderer Anordnung auch durch andere Maßnahmen erreicht werden kann, wird auch bewirkt, daß infolge der besseren Wärmeübertragung von der beheizten Platte her deren Rückstrahlung sich verstärkt auswirkt.
  • Das Außenrohr kann aus einer magnesiumsilikathaltigen technischen Keramik, ggf. mit einem Anteil an Aluminiumsilikat, bestehen oder dieses enthalten. Besonders bevorzugt als Material ist Steatit, das im durchgesinterten Zustand nicht nur die vorteilhaften Reflektions- und Absorptionseigenschaften hat, d.h. für Strahlung direkt kaum durchlässig ist, sondern daß sich auch bei Fallversuchen weniger bruchanfällig gezeigt hat als ein Rohr aus Quarzgut. Darüberhinaus tragen seine besseren Wärmeleiteigenschaften zu einem verbesserten Regelverhalten bei, insbesondere bei dem Fall, daß über der Heizstelle zu kleine Wärmeabnehmer (Töpfe) oder verschobene Töpfe stehen. In diesen Fällen spricht der Temperaturschalter früher an als mit dem Quarzgutrohr, so daß partielle Überhitzungen an der Glaskeramik vermieden werden können. Durch die Erfindung wird also nicht nur eine anfängliche Schaltverzögerung erreicht, sondern bei dem besonders kritischen Fall des "verschobenen Topfes" auch ein früheres und somit ebenfalls genaueres Ansprechen. Diese Forderungen, die sich an sich widersprechen, werden erstaunlicherweise erreicht, obwohl die Schalthysterese wesentlich größer ist als bei der Ausführung nach dem Stand der Technik.
  • Besonders bevorzugt ist der Temperaturschalter für Strahlungsbeheizungen für Glaskeramik, deren Strahlungsquelle zumindest einen Strahlheizkörper enthält, dessen Heizwiderstand bei Temperaturen oberhalb 1500K arbeitet und beispielsweise als Halogenlampe ausgebildet ist. Diese sog. Hellstrahler sind aufgrund ihrer intensiven und relativ kurzwelligen Strahlung besonders kritisch im Sinne einer Temperaturbegrenzung für die Glaskeramikplatte zu regeln, in besonderem Umfange dann, wenn zusätzlich konventionelle Heizwiderstände mit wesentlich niedrigeren Glühtemperaturen verwendet werden.
  • Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein können und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf eine Strahlungsheizung, die mit einem Temperaturschalter versehen ist,
    Fig. 2
    einen Detaillängsschnitt durch einen Fühlerabschnitt des Temperaturschalters und
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch den Temperaturfühler.
  • Fig. 1 zeigt einen Strahlungsheizkörper 11, der unter einer in Fig. 2 angedeuteten Glaskeramikplatte 12 angeordnet ist und auf dieser eine Heiz- oder Kochstelle abgrenzt. Ein Rand 14 eines Isolierträgers 15, der in einer flachen Blech-Trägerschale 16 liegt, bildet die äußere Begrenzung der Kochstelle.
  • Die Beheizung des Strahlungsheizkörpers 11 bilden ein Hellstrahler 18 und ein Dunkelstrahler 20. Der Hellstrahler 18 enthält in einem Quarzglasrohr einen hochtemperaturfesten Heizwiderstand 21, beispielsweise aus Wolfram. Das Quarzglasrohr 24 ist mehreckig oder im wesentlichen kreisförmig gebogen, wobei seine beiden Anschlüsse 22 dicht nebeneinander parallel durch den Rand 14 aus dem Strahlungsheizkörper hinausführen und dort mit Leitungsanschlüssen versehen sind. Die bestimmungsgemäße Glühtemperatur liegt über 1500K, vorzugsweise bei 2300K.
  • Die Glühtemperatur des Dunkelstrahlers 20 liegt wesentlich unter diesen Werten. Es handelt sich bei ihm um einen üblichen wendelförmig gebogenen offenen Draht aus Widerstandsmaterial, der wegen seiner geringeren Glühtemperatur nicht, wie der Hellstrahler, eine Schutzgasatmosphäre benötigt. Der Dunkelstrahler ist in Form eines doppelt geführten Ringes ausgebildet, dessen Anschlüsse 25 an der gleichen Seite des Doppelbogens zur inneren und äußeren Windung reichen, wobei an der anderen Seite die beiden Windungen durch einen Bogen 26 miteinander verbunden sind. Ein Anschlußstück 38 für die Dunkelstrahleranschlüsse ist in den Rand der Trägerschale 16 eingesetzt.
  • Ein stabförmiger Temperaturfühler 27 eines Temperaturschalters 28 ragt diametral über den kreisförmigen Strahlungsheizkörper und ist in dem Rand 14 auf beiden Seiten geführt. Der Schalterkopf 40 des Temperaturschalters 28 liegt außerhalb der übrigen Strahlungsheizkörperbegrenzung. Er enthält zwei Schaltkontakte 41, 42, die in Fig. 1 angedeutet sind. Einer dient zur Temperaturbegrenzung und der andere als Signalkontakt für die Meldung des Heißzustandes der Kochstelle. Der Temperaturfühler 27 ragt mit Abstand von der Unterseite der Glaskeramikplatte 12 und den Strahlern 18, 20 durch den schüsselförmigen Innenraum des Strahlungsheizkörpers.
  • Die beiden die Strahlungsquelle bildenden Strahler 18, 20 bilden zwei im wesentlichen zueinander konzentrische Ringe, von denen der Hellstrahler 18 den inneren bildet.
  • Der Temperaturfühler 27 des Temperaturschalters 28 besteht aus einem metallischen Fühlerrohr 43 und einem darin liegenden Stab 44 aus einem Material mit gegenüber dem Fühlerrohr 43 geringerem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einem Keramikstab. Das Fühlerrohr ist im Gehäuse des Schalterkopfes 40 befestigt, während der Stab 44 direkt oder indirekt auf den oder die Schaltkontakte 41, 42 einwirkt. Am freien Ende des Fühlerrohres 43 stützt sich der Stab 44 auf einer dort eingesetzten, nicht dargestellten Justierschraube ab, die in einem Gewinde des Fühlerrohrs einstellbar ist.
  • Das Fühlerrohr 43 ist von einem Außenrohr 45 umgeben, das einen etwas größeren Innendurchmesser hat als der Außendurchmesser des Fühlerrohrs, so daß zwischen ihm und dem Fühlerrohr ein Spalt 50 entsteht. Das Außenrohr 45 liegt unter Schwerkraft auf dem Fühlerrohr auf, so daß sich der Spalt 50 insbesondere im unteren Bereich bildet. Das Außenrohr kann sich innerhalb des Randes 14 axial führen, wenn die Löcher 46 in dem Rand 14, durch die der Fühler 27 zu seiner Positionierung und Führung gesteckt ist, kleiner sind als der Außendurchmesser des Außenrohres 45. Das Außenrohr, das hier über den gesamten Strahlheizkörperdurchmesser einteilig durchgeht, sollte insbesondere in den Bereichen, in denen die offenliegenden Strahlungsquellen, wie die Heizwendel 20, sind, keinen Spalt haben, durch den eine elektrisch leitende Brücke zur Glaskeramikplatte gebildet wird. Die Glaskeramikplatte wird bei höheren Temperaturen elektrisch leitend, und daher ist die Durchschlagsicherheit bis zu ihr zu bemessen. Deswegen ist im dargestellten Beispiel, in dem die Heizwendel 20 bis nahe an den Rand 14 reicht, das Außenrohr 45 in einer Senkbohrung 48 des Randes in der Nähe des freien Fühlerendes geführt, so daß das Außenrohr etwas in den Rand hineinreicht und kein Spalt entsteht. Auf der Schalterkopfseite ragt das Außenrohr ebenfalls in eine dort vergrößerte Bohrung 49 des Randes hinein, die, ebenso wie die Bohrungen 46, 48, auch als zur Oberseite des Randes hin offene U-förmige Ausnehmungen gebildet sein können. Über das Fühlerrohr 43 ist nahe des Schalterkopfes ein elastisches Element 51 in Form eines wärmebeständigen Schlauches, beispielsweise eines Silikon-Glasseide-Isolierschlauches gezogen. An diesem stützt sich das Außenrohr 45 ab und positioniert es so elastisch, daß es an die Schulter zwischen den Bohrungen 46 und 48 angedrückt wird. Dadurch ist das Außenrohr elastisch geführt, so daß es wesentlich weniger bruchgefährdet ist, als wenn es frei beweglich wäre.
  • Das Außenrohr 45 besteht aus Steatit. Dieses Material der Gruppe KER 200 nach DIN 40685 (Keramische Isolierstoffe für die Elektrotechnik) hat sich besonders bewährt. Steatit ist ein magnesiumsilikathaltiges Erzeugnis, das besonders dicht ist und vor dem Brand gut durch Gießen, Drehen, Strangpressen, Pressen oder dgl . bearbeitet werden kann, so daß auch ein relativ dünnwandiges Rohr größerer Länge herstellbar ist. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Außenrohr 45 einen Außendurchmesser von 7 mm bei einer Wanddicke von ca. 0,8 mm. Das Material ist nach dem Brande mechanisch sehr fest, hat eine sehr hohe elektrische Durchschlagfestigkeit und vor allem eine gegenüber Quarzgut wesentlich höhere Biegefestigkeit. Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, daß das Material bei relativ hoher Rohwichte eine hohe spezifische Wärme hat, so daß die thermische Trägheit, die das Rohr schon aufgrund seiner Wärmespeicherkapazität vermittelt, groß ist. Besonders wichtig ist die Tatsache, daß es nicht transparent ist und aufgrund seiner meist hellen Farbe einen großen Teil der Strahlung reflektiert, während der andere Teil absorbiert wird und dann nur durch Sekundärstrahlung, Wärmeleitung oder Konvektion an das eigentliche Fühlerrohr 43 abgegeben wird, was mit einiger Verzögerung geschieht. Auch die thermische Leitfähigkeit ist höher als beim Quarzgut, so daß das Außenrohr dazu beiträgt, die Wärme über die Fühlerlänge zu verteilen und damit bei der beschriebenen Situation "verschobener Topf" zu einem früheren Ansprechen zu kommen.
  • Andere Materialien, die ähnliche Eigenschaften haben, sind ebenfalls geeignet, beispielsweise Aluminium-Magnesium-Silikate (Gruppe KER 400 nach DIN 40685). Dort ist Cordierit ein geeigneter Werkstoff, obwohl seine hervorragende Eigenschaft, nämlich die geringe Wärmedehnung, hier seltener benötigt wird. Die dadurch erhöhte Wärmeschockbeständigkeit kann aber in Sonderfällen wichtig sein.
  • Nach dem Einschalten der Strahlungsquellen 18, 20 heizen sich diese, insbesondere der Hellstrahler 18, schnell auf, und die Strahlung wird auf die Glaskeramikplatte 12 gerichtet, die einen Teil der Strahlung durchläßt, einen großen Teil jedoch umsetzt. Dabei heizt sich die Glaskeramikplatte erheblich auf, und es würde an ihrer Unterseite relativ schnell die kritische Temperatur in der Größenordnung um 900 bis 1000K erreicht werden, bei der die Glaskeramik dauernde Schäden erleiden würde, wenn sie mit dieser Temperatur längere Zeit betrieben werden würde. Aus diesem Grunde ist der Temperaturbegrenzer vorgesehen, der darauf eingestellt ist, außer dem Betätigen einer Heißanzeige, die schon bei Temperaturen um 300K anspricht, die Strahlungsheizkörper abzuschalten oder in ihrer Leistung zu vermindern, wenn sich die Temperatur der kritischen Temperatur der Glaskeramikplatte annähert. Die Strahlung wird von dem Außenrohr 45 abgeschirmt, und zwar teilweise absorbiert und teilweise reflektiert. Dabei ist es vorteilhaft, daß der Spalt 50 von beispielsweise 0,5 bis 0,8 mm zwischen dem Fühlerrohr 43 und dem Außenrohr 45 sich in erster Linie auf der unteren Seite ausbildet, wo die Strahlung auftrifft, so daß dort ein Isolationszwischenspalt entsteht. Die Wärme kann also nur durch Sekundärstrahlung oder durch Wärmeübertragung in dem Spalt 50 übertragen werden, während Kontaktübertragung nur im oberen Abschnitt vorliegt, wo das Außenrohr auf dem Fühlerrohr aufliegt. Bis dahin muß allerdings die Wärme durch Leitung um den halben Umfang des Außenrohrs herum geleitet werden. Es tritt also eine erhebliche Ansprechverzögerung ein, die die Temperatur an der Unterseite der Glaskeramik etwas über den Dauerbegrenzungswert überschießen läßt, was sich als zulässig herausgestellt hat und die Ankochzeiten wesentlich verkürzt. Durch die einseitige Spaltausbildung, die bei einem unter der beheizten Platte angeordneten Heizelement sich durch die Schwerkraft einstellt, aber bei anderer Anordnung auch durch andere Maßnahmen erreicht werden kann, wird auch bewirkt, daß infolge der besseren Wärmeübertragung von der beheizten Platte her deren Rückstrahlung sich verstärkt auswirkt.
  • Im stationären Betrieb wirkt sich die Verzögerung, die durch alle Faktoren, wie Abschirmung, thermische Masse etc., bewirkt werden, dahingehend aus, daß die Schaltamplitude sich fast um eine Zehnerpotenz vergrößern läßt und damit die Schaltintervalle auf ein zulässiges Maß gesenkt werden können. So konnte die Schaltamplitude von +/- 1,5K mit einem Quarzrohr auf +/- 11k mit einem Steatit-Außenrohr als Außenrohr gesteigert werden.
  • Dabei hat natürlich das Außenrohr 45 den gewünschten Effekt, daß die notwendige Luftstrecke zwischen der bei höheren Temperatur leitenden Glaskeramik und den Strahlheizkörpern, insbesondere den offenliegenden Strahlheizkörpern, nicht überbrückt wird. Dies ist auch deswegen wichtig, weil im Falle des Bruches der Glaskeramik und/oder einer gekapselten Strahlungsquelle, wie des Hellstrahlers 18, keine elektrisch leitende Brücke geschaffen wird, sondern im Gegenteil eine zusätzliche Sicherheit gegen Berührung geschaffen wird.

Claims (11)

  1. Temperaturschalter (28) für eine eine Strahlungsquelle (18, 20) enthaltende Strahlungsheizung (11), mit wenigstens einem Schaltkontakt (41, 42) und einem Temperaturfühler (27), der aus einem Stab (44) und einem diesen umgebenden Fühlerrohr (43) besteht, wobei der Stab (44) einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Fühlerrohr (43) hat und wobei das aus einem leitenden Material, wie Metall, bestehende Fühlerrohr (43) von einem elektrisch isolierenden Außenrohr (45) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) die von der Strahlungsquelle (18, 20) kommende Strahlung abschirmt indem es ein diese Strahlung zumindest in wesentlichem Umfang absorbierendes und ggf. reflektierendes keramisches Material aufweist.
  2. Temperaturschalter (28) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) die von der Strahlungsquelle (18, 20) kommende Strahlung abschirmt und zwischen dem Außenrohr (45) und dem Fühlerrohr (43) ein Spalt (50) vorhanden ist und das Außenrohr (45) in Richtung auf die Strahlungsquelle (18, 20) zu versetzt angeordnet ist.
  3. Temperaturschalter (28) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) unter Schwerkraft auf dem Fühlerrohr (43) aufliegt.
  4. Temperaturschalter (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) eine magnesium-silikat-haltige technische Keramik, ggf. mit einem Anteil an Aluminium-Silikat, enthält und vorzugsweise daraus besteht.
  5. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) Mittel zur thermischen Ansprechverzögerung des Temperaturschalters (28) aufweist.
  6. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) eine gegenüber Quarzgut größere thermische Trägheit und/oder thermische Leitfähigkeit aufweist.
  7. Temperaturschalter (28) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) aus Steatit besteht.
  8. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) über die Fühlerlänge, insbesondere im Bereich von offenliegenden Strahlheizkörpern (20) einteilig ausgebildet ist.
  9. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) von einem Isolierrand (14) der Strahlungsheizung (11), ggf. in Senkbohrungen (48), axial geführt ist.
  10. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (45) zu einem den wenigstens einen Schaltkontakt (41, 42) enthaltenden Schalterkopf (40) hin durch ein das Fühlerrohr (43) umgebendes elastisches Element (51), wie einen wärmebeständigen Isolierschlauch, axial elastisch geführt ist.
  11. Temperaturschalter (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (44) aus keramischem Material und das Fühlerrohr (43) aus Metall mit einem gegenüber dem Stabmaterial größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht und daß insbesondere die Strahlungsheizung (11) für die Beheizung einer Glaskeramikplatte (12) ausgebildet ist, wobei die Strahlungsquelle zumindest einen Strahlungsheizkörper (18) enthält, dessen Heizwiderstand bei Temperaturen oberhalb 1500K arbeitet und vorzugsweise eine Halogenlampe ist.
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