DE2552625A1

DE2552625A1 - Vorrichtung zur verhinderung einer ueberhitzung von elektrisch beheizten geraeten

Info

Publication number: DE2552625A1
Application number: DE19752552625
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Ing Bleckmann
Original assignee: ELPAG AG CHUR
Current assignee: ELPAG AG CHUR
Priority date: 1975-11-24
Filing date: 1975-11-24
Publication date: 1977-06-02

Description

Vorrichtung zur Verhinderung einer Überhitzung
von elektrisch beheizten Geräten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Überhitzung von elektrisch beheizten Geräten, insbesondere von Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen, Kaffeemaschinen oder anderen Haushalts -geräten, wobei eine bei der Grenztemperatur schmelzende Metallmischung die Unterbrechung eines Stromkreises bewirkt.
Bei vielen elektrisch beheizten Haushaltsgeräten sind einerseits ein Thermostat, welcher die Einhaltung einer bestimmten Betriebstemperatur regelt,und andererseits ein Überhitzungsschutz vorgesehen, der bei Ausfall des Thermostaten oder bei Überhitzung aus anderen Betriebsursachen das Gerät abschaltet, bevor das He izelement, z. B. ein Rohrheizkörper, auf eine unzulässige oder gefährliche Temperatur kommt.
Von besonderer Bedeutung ist ein derartiger Überhitzungsschutz für Haushaltsgeräte, welche Gehäuse oder Behälter aus Kunststoff besitzen, da die praktische Erfahrung zeigt, daß beispielsweise ein Ausbrennen einer Waschmaschine mit Kunststoffgehäuse zu einem Hausbrand führen kann. Jedoch auch Geräte, die brandsicher sind und z.B. Metallgehäuse besitzen, werden durch einen Überhitzungsschutz gesichert, da das Durchglühen oder Durchbrennen eines Heizelementes, z. B. eines Rohrheizkörpers, dazu führen kann, daß das Gerät unter Spannung kommt.
Weiterhin kann durch einen durchschmelzenden Rohrheizkörper der hhalt, z.B. einer Waschmaschine, oder die Umgebung, z.B. eines Wärmestrahlers, beschädigt werden.
Bei den am meisten verwendeten Vorrichtungen zur Verhinderung einer Überhitzung von elektrisch beheizten Geräten wird eine Feder verwendet, die unter Spannung durch ein Weichlot oder ein Salzgemisch gehalten wird. Wenn das Lot bei der Grenztemperatur zu schmelzen beginnt, löst sich die Spannung der Feder, wodurch ein Kontakt betätigt wird. Die Anordnung ist in einer kleinen Kapsel angeordnet, welche an einer Stelle befestigt wird, an der normalerweise die höchsten Temperaturen auftreten.
Der Nachteil der bekannten Vorrichtungen liegt darin, daß nur eine bestimmte Stelle des Haushaltsgerätes überwacht wird. Es ist jedoch bei den meisten Geräten nicht vorauszusehen, an welcher Stelle tatsächlich eine Überhitzung, z.B. eines Rohrheizkörpers, auftritt. So kann beispielsweise durch Schaumbildung in Waschmaschinen oder durch Abdekkung des Sprühregens bei falsch eingelegten Geschirrteilen in einer Geschirrspülmaschine der Rohrheizkörper an einer Stelle zum Glühen kommen, die von der Stelle, an welcher der Überhitzungsschutz angeordnet ist, relativ weit entfernt ist. Außerdem können die Kontakte "kleben", so daß der Überhitzungsschutz trotz Erreichens der kritischen Temperatur nicht anspricht. Wegen der gegebenenfalls dabei auftretenden Gefahren ist dieser Nachteil sehr gravierend.
Der Erfindung liegt dementsprechen die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art vorzuschlagen, die eine wesentlich verbesserte Ansprechsicherheit besitzt. Die Vorrichtung soll in beliebiger Länge herstellbar sein und an jeder Stelle ihrer Längserstreckung eine Unterbrechung des Stromkreises bei Überhitzung bewirken. Es zeigt sich weiterhin, daß durch den Vorschlag gemäß der Erfindung die Herstellung und Anbringung des Überhitzungsschutzes wesentlich verbilligt wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von bekannten Vorrichtungen dadurch, daß in einem Hüllrohr aus wärmebeständigem Isoliermaterial ein in den Stromkreis geschalteter Draht der bei der Grenztemperatur schmelzenden Metallmischung oder Legierung angeordnet ist, daß der lnnendurchmesser des Hüllrohres mindestens soviel größer ist als der Außendurchmesser des Drahtes, daß beim Schmelzen desselben mehr als die Volumensvergrößerung aufgenommen wird, und daß die flüssige Metallmischung eine Oberflächen spannung besitzt, die so groß ist, daß sich beim Schmelzen des Drahtes eine oder mehrere Lücken desselben unter Unterbrechung des Stromkreises bilden.
Der ausgenützte Effekt der Unterbrechung durch "Aufreißen' des schmelzflüssigen Drahtes unter dem Einfluß der Oberflächespannung kann selbstverständlich nur unter bestimmten Voraussetzungen wirksam werden.
Es dürfen sich an der Oberfläche keine Metalloxide befinden, welche die Oberflächenspannung herabsetzen könnten. Die schmelzflüssige Legierung muß gut "fließen", damit die Oberflächenspannung den schmelzflüssigen Bereich des Drahtes aufreißen kann. Es ist nun aus der Löttechnik bekannt, daß der Zusatz von Kolophonium oder anderer Flußmittel die Zusammenziehung des Lotes in Tropfenform fördert. Weiterhin ist aus dieser Technik bekannt, welche Metallmischungen flüssige Lotperlen liefern. Mischungen, welche 40 % Zinn oder darüber enthalten, haben sich in der Praxis im Sinne der Erfindung besonders bewährt. Weiterhin kommt dem t'Hüllrohr" besondere Bedeutung zu. Der Innendurchmesser des Hüllrohrs muß größer sein als der Außendurchmesser des Drahtes, damit einerseits die Volumensvergrößerung des Drahtes beim Schmelzen ausgeglichen wird, andererseits jedoch noch genügend Platz verbleibt, damit die flüssigen Drahtsäulen unter Aufreißen und Lückenbildung sich in Richtung auf die noch festen oder weichen Bereiche zurückziehen. Wenn die unzulässig hohe Temperatur auf eine größere Länge des Überhitzungsschutzes einwirkt, sollen sich mehrere schmelzflüssige Säulenabschnitte mit dazwischen liegenden Lücken bilden. Der Innendurchmesser des Hüllrohres soll hierzu jedoch auch nicht zu groß sein. Die schmelzflüssigen Lotbereiche sollen bei dem Schmelzvorgang Kontakt mit der Innenfläche des Hüllrohres bekommen und sich zurückziehen, wodurch das Aufteilen und Abreißen des Drahtes gefördert wird. Das Material des Hüllrohres muß so gewählt werden, daß es zu keiner Abstoßung, sondern zu einem Anziehen des schmelzflüssigen Lotes unter dem Einfluß der Oberflächenspannungen kommt, d. h. es soll - welm möglich - eine "vollkommene Benetzung" im Sinne der Oberflächenspannungsphysik vorliegen. Ein Durchmesserverhältnis von 1 : 1,2 bis 1 : 2 hat sich bei Vorrichtungen der in Rede stehenden Art, bei denen der Draht 40 % Zinn und ein Flußmittel enthält und das Hüllrohr aus Silikongummi oder Silikonglasseide besteht, bewährt.
Besonders bevorzugt wird der Bereich zwischen 1,2 und 1,5.
Der Draht kann eine Innenseele, z.B aus einem wärmebeständigen Kunststoff, besitzen. Durch eine entsprechende Abstimmung der Oberflächenspannungen zwischen diesem Material und dem schmelzflüssigen Metall des Drahtes kann die Lückenbildung weiterhin gefördert werden, und zwar in dieser Weise, daß sich bei Erhitzung einer größeren Länge des Drahtes die Partikel perlenförmig an der Innenseele im Abstand voneinander anordnen. Das Material der Innenseele kann jedoch auch so gewählt werden, daß es bereits unterhalb derGrenztemperatur zum Schmelzen kommt. Da die Aufheizung des Drahtes von außen nach innen erfolgt, werden bei Überhitzung zuerst die äußeren Mantelschichten schmelzflüssig. Wenn nun die Innenseele, z.B. aus Kolophonium, bereits vorher schmelzflüssig gewor den ist, schwimmt das Kolophonium auf und bildet eine Trennschicht, wodurch das Zurückziehen des geschmolzenen Drahtes in zwei entgegengesetzte Richtungen von der Trennschicht gefördert wird.
Da der Überhitzungsschutz gemäß der Erfindung in fortlaufender Länge hergestellt werden kann und sämtliche Justierarbeiten entfallen, ist er besonders preisgünstig. Da jeder Teilbereich die Unterbrechung des Stromkreises bei Überhitzung bewirkt, kann die Temperatur an einer beliebig großen Vielzahl von Stellen des zu überwachenden Gerätes kontrolliert werden.
Es ist weiterhin verständlich, daß der Überhitzungsschutz gemäß der Erfindung auf jede gewünschte Temperatur eingestellt werden kann, und zwar entsprechend der Wahl der Schmelztemperatur des Drahtes.
Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Rohrheizkörperanordnung mit Überhitzungsschutz; Fig. 2 schaubildlich und in vergrößertem Maßstab einen Teil des Überhitzungsschutzes; Fig. 3 schaubildlich eine Rohrheizkörperanordnung mit einer modifizierten Ausbildung des Überhitzungsschutze s; Fig. 4 schaubildlich einen Heizeinsatz für Kaffeemaschinen mit Über hitzungs schutz; Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab; Fig. 6 Querschnitte von Rohrheizkörperanordnungen mit Überhit-und 7 zungss chutz; Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Rohrheizkörperanordnung mit eingebautem Überhitzungsschutz und Fig. 9 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt Ix aus Fig. 8.
Die in Fig. 1 dargestellte Rohrheizkörperanordnung besteht aus einem W-förmigen Rohrheizkörper 1, einer Flanschplatte 2, einem Dichtgummi 3 und einer Gegenflanschplatte 4. Die Anschlußenden 5 des Rohrheizkörpers 1 sind durch die Flanschplatte 2, den Dichtgummi 3 und die Gegenflanschplatte 4 hindurchgeführt. Weiterhin ist ein Schutzrohr 6 vorgesehen, das ebenfalls durch die Flanschplatte 2, den Dichtgummi 3 und die Gegenflanschplatte 4 hindurchgeführt ist. Das innenliegende Ende 7 des Schutzrohres 6 ist flachgepreßt und in den Mittelschenkel der Rohrheizkörperanordnung 1 eingehängt.
In das Schutzrohr 6 wird nun ein Überhitzungsschutz gemäß der Erfindung von außen eingesteckt. Der Überhitzungsschutz besteht, wie Fig. 2 zeigt, aus einem Hüllrohr 8 und einem in dem Hüllrohr 8 angeordneten Draht 9. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Drahtes 9 und dem Innendurchmesser des Hüllrohres 8 soll mindestens 1 : 1,1 betragen, wobei Durchmesserverhältnisse um 1,5 bevorzugt werden.
Das Hüllrohr 8 besteht vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Kunststoff. Materialien, wie Steatit, Quarz, Silikongummi, Silikonglasseide, Teflon (geschützte Warenbezeichnung), werden bevorzugt.
Der Draht 9 besteht aus einer Metallmischung oder einer Legierung, die etwas unterhalb der zulässigen Höchsttemperatur zu schmelzen beginnt. Bevorzugt wird ein üblicher Lötdraht mit 40 % Zinngehalt. Durch entsprechende Wahl des Durchmessers des Drahtes 9 und der Wandstärke des Hüllrohres 8 kann die Ansprechgeschwindigkeit des Überhitzungsschutzes auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Wenn ein rasches Ansprechen des Überhitzungsschutzes bei Erreichen der Grenztemperatur erwünscht ist, wählt man Hüllrohre 8 mit relativ guter Wärmeleitfähigkeit und mit geringer Wandstärke und Drähte 9 mit kleinem Durchmesser. Bei der in Fig. 1 dargestellten Rohrheizkörperanordnung besitzt der Draht 9 einen Durchmesser von 1,5 mm.
Der Draht 9 kann eine Innenseele 10 aus Kolophonium zu dem bereits früher beschriebenen Zweck besitzen.
Von einer fortlaufenden Länge des Hüllrohres 8 mit Draht 9 wird ein Stück abgeschnitten und in der Mitte um 1800 umgebogen. Die so hergestellte Schleife wird in das Schutzrohr 6 eingesteckt. Ein Ende des Drahtes 9 wird elektrisch mit einem Anschlußende 5 des Rohrheizkörpers 1 und das andere mit einem Pol der Zuleitung verbunden. Bei Wassererhitzung liegt die Grenztemperatur, die der Rohrheizkörper 1 erreichen darf, bei etwa 2200 C. Wenn diese Temperatur erreicht wird, soll der Draht 9 schmelzflüssig werden, wobei unter der Oberflächenspannung der Draht aufreißt und eine nicht -leitende Lücke entsteht. Die Stromzufuhr zu dem Rohr heizkörper 1 wird dementsprechend unterbrochen.
Zur Auswechslung des Überhitzungsschutzes wird die aus dem Hüllrohr 8 und dem Draht 9 bestehende Schleife aus dem Schutzrohr 6 herausgezogen und durch eine neue Schleife ersetzt.
Das Schutzrohr 6 kann selbstverständlich beliebig lang ausgebildet werden. So kann beispielsweise auch das flachgedrückte Ende 7 des Schutzrohres 6 in der Nähe des Endes des Rohrheizkörpers 1 liegen. Wenn ein weitergehender Schutz des Rohrheizkörpers 1 erforderlich ist, kann, wie in Fig. 3 dargestellt, das Hüllrohr 8 wendelförmig um die Schenkel des Rohrheizkörpers 1 gewickelt werden. In diesem Fall kann jedoch der Überhitzungsschutz allein nicht ausgewechselt werden. Es muß dann die gesamte Rohrheizkörperanordnung ausgetauscht werden.
Fig. 4 und 5 zeigen einen Durchlauferhitzer für Kaffeemaschinen. Ein hufeisenförmig gebogener Rohrheizkörper 11 befindet sich in gut wärmeleitendem Kontakt mit einem Wasserrohr 12. Ein Thermostat 13 regelt die normale Betriebstemperatur des Heizkörpers. Zur Vermeidung von Überhitzungen ist ein Hüllrohr 8 mit Innendraht 9 dem Rohrheizkörper 11 beigeordnet.
Fig. 6 zeigt den Querschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Wasserdurchlauferhitzers. Ein stranggepreßtes Rohrprofil 20 aus Aluminium besitzt einstückig Rippen 14, zwischen die ein Rohrheizkörper 15 ebenfalls aus einem stranggepreßten Aluminiumprofil eingepreßt ist. Das Rohrheizkörperprofil 15 besitzt einstückig einen hakenförmigen Ansatz 16, in welchen ein Hüllrohr 8 mit Innendraht 9 eingelegt ist.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei stranggepreßte Aluminiumprofile 17 und 18, welche schwalbenschwanzförmige Erhöhungen und Vertiefungen 19 besitzen, miteinander verpreßt sind. In dem Rohrprofil 17 ist ein Rohrheizkörper untergebracht, während in das Rohr 18 ein Hüllrohr 8 mit lhnendraht 9 eingeschoben ist.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, bei der der Uberhitzungsschutz in der Rohrheizkörperanordnung integriert ist - eine Lösung, die bisher nicht zufriedenstellend gelungen ist.
Der Mittelschenkel eines W-förmig gebogenen Rohrheizkörpers 21 ist in Richtung eines der Außenschenkel abgebogen, so daß sich bei 22 eine Berührung oder eine tbeinahe Berührung1' ergibt. Der Anschlußbolzen 23 dieses Außenschenkels ist bis über die Stelle 22 hinaus verlängert und ############ ### ## verjüngt.Ia den Ringspalt zwischen dem Anschlußbolzen 23 und dem Rohrheizkörpermantel wird eine Schlaufe des Eüllrohres 8 mit Innendraht 9 eingeschoben. Der Mittelschenkel des Rohrheizkörpers 21 kann mit dem Außenschenkel mittels einer Wärmeleitbrücke 24 verbunden sein. Der Überhitzungsschutz spricht an, wenn der Außenschenkel oder der Mittelschenkel des Rohrheizkörpers 21 eine unzulässig hohe Temperatur annimmt.
Es ist verständlich, daß der Uberhitzungsschutz gemäß der Erfindung beliebige Länge haben kann und beliebig verlegt werden kann. Obwohl in den Zeichnungen nur die Kombination des Überhitzungsschutzes mit einem Rohrheizkörper dargestellt ist, ist verständlich, daß beliebige Maschinen, Gehäuse und Anlagen gegen Überhitzung geschützt werden können.
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Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Verhinderung einer Überhitzung von elektrisch beheizten Geräten, insbesondere von Waschmaschinen, GeschirrspülEmaschinen, Kaffeemaschinen oder anderen Haushaltsgeräten, wobei eine bei der Grenztemperatur schmelzende Metallmischung die Unterbrechung eines Stromkreises bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hüllrohr (8) aus wärmebeständigem Isoliermaterial ein in den Stromkreis geschalteter Draht (9) der Metallmischung oder Legierung angeordnet ist, daß der Innendurchmesser des Hüllrohres (8) mindestens 1,1 nach größer ist als der Außendurchmesser des Drahtes (9) und daß die flüssige Metallmischung eine Oberflächenspannung besitzt, die so groß ist, daß beim Schmelzen des Drahtes (9) sich eine Lücke im Draht unter Unterbrechung des Stromkreises bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Rohrheizkörper (1) wärmeleitend verbundenes Schutzrohr (6) aus Metall vorgesehen ist, in das eine Schleife des Hüllrohres (8) mit dem Imiendraht (9) eingesteckt ist.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (8) aus Silikongummi, Silikonglasseide, Steatit, Quarz, Teflon oder aus einem anderen hitzebeständigen Kunststoff besteht.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (9) aus einem Lot besteht
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (9) eine Innenseele (10) zur Förderung der Lückenbildung oder der Bildung diskreter Partikel besitzt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseele (10) aus Kolophonium besteht.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (8) mit dem Innendraht (9) über einen Großteil der Lunge eines Rohrheizkörpers (1, 11) geführt ist oder um die Schenkel eines U- oder W-förmig gebogenen Rohrheizkörpers (1) gewickelt ist.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Hüllrohres (8) etwa 1, 5 bis 1, 7 mal größer ist als der Außendurchmesser des Drahtes (9).
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzungsschutz (8, 9) in einem Rohrheizkörper integriert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzungsschutz (8, 9) in einem Hohlraum des Schenkelendes des Rohrheizkörpers (21) untergebracht ist (Fig. 8 und 9).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Innendrahtes (9) mit dem mit der Heizwendel verbundenem Anschlußoolzen (23) und das andere Ende mit einer Anschlußfahne für die Stromzufuhr verbunden ist.