DE69915884T2 - Verbesserungen an elektrisch geheizten kochgefässen - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrisch geheizten Kochgefäßen, wie z. B. elektrischen Kochtöpfen und Heißwasserkannen, und spezieller betrifft sie die Steuerung derartiger Geräte.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektrische Kochtöpfe und Heißwasserkannen sind üblicherweise mit einer Elementschutzsteuerung, die so ausgebildet ist, dass sie die Spannungsversorgung für das elektrische Heizelement des Geräts in einem erfassten Übertemperaturzustand abschaltet, der sich z. B. dann ergibt, wenn das Gerät leer eingeschaltet wird, und einer Dampfsteuerung versehen, um die Energiezufuhr für das Heizelement zu verringern oder abzuschalten, wenn das erwärmte Wasser siedet. Derartige Elementschutzsteuerungen und Dampfsensorsteuerungen enthalten im Allgemeinen einen Wärmesensor, üblicherweise ein Bimetallelement, und es ist nicht unüblich, dass Elementschutzsteuerungen ferner eine Art Sekundär- oder Zusatzschutz aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er dann arbeitet, wenn die Hauptsteuerung ausfällt, was jedoch unwahrscheinlich ist. Eine beispielhafte Elementschutzsteuerung ist die von Otter Controls Limited hergestellte Steuerung X1, wie sie im Wesentlichen in GB-A-2 194 099 unter spezieller Bezugnahme auf die dortigen 3A, 3B und 3C beschrieben ist, und eine beispielhafte Dampfsteuerung ist die von Otter Controls Limited hergestellte Steuerung J1, wie sie im Wesentlichen in GB-A-2 212 664 unter spezieller Bezugnahme auf die dortigen 3A bis 3M beschrieben ist.
  • Während üblicherweise Wassersiedegeräte eine Elementschutzsteuerung und eine Dampfsensorsteuerung aufweisen, die voneinander getrennt sind, existierten Vorschläge, beide Funktionen mittels einer einzelnen Steuerung auszuüben. Eine einzelne elektronische Sensorsteuerung ist in GB-A-2 228 638 beschrieben, und in GB-A-1 143 834 ist ein Vorschlag beschrieben, in der Wasserkammer eines Wassersiedegefäßes eine Umfassung einzubauen, die so ausgebildet ist, dass sie mit Wasser gefüllt wird, wenn die Kammer gefüllt wird, und sie durch das Heizelement des Geräts erwärmt wird, so dass dann, wenn das Wasser siedet, das Wasser in der Kammer durch Dampf aus der Umfassung ausgetrieben wird, um dadurch innerhalb der Umfassung eine Trockensiedesituation zu simulieren, die durch einen Bimetall- oder einen anderen Wärmesensor erfasst werden kann.
  • Trotz der offensichtlichen Einfachheit und des vielversprechenden Vorteils einer einzelnen Sensorsteuerung, die sowohl für Übertemperaturschutz als auch Siedeerfassung sorgt, wurde die Anordnung gemäß GB-A-1 143 834 insoweit es uns bekannt ist, durch die Inhaber von GB-A-1 143 834 nie hergestellt. Von uns ausgeführte Versuche zeigten, dass es mit einem Heizelement, wie es in GB-A-1 143 834 beschrieben ist, unmöglich ist, eine zufriedenstellende Einzelsensor-Steueranordnung zu erzielen.
  • Zwei verschiedene Lösungen für das Problem, die Umfassungsidee gemäß GB-A-1 143 834 zum Arbeiten zu bringen, sind in WO-A-9318631 und WO-A-90318632 beschrieben. Im ersteren dieser Dokumente ist eine Anordnung beschrieben, bei der ein Mantelheizerelement aus rostfreiem Stahl über einen Hitzerückführabschnitt verfügt, der an eine Kopfplatte aus rostfreiem Stahl angeschweißt ist und um den herum eine Umfassung vorhanden ist, wobei die Befestigung des Hitzerückführabschnitts des Heizelements zur Kopfplatte über eine stark lokalisierte Punktschweißung erfolgt. Beim letzteren Dokument wird erneut ein Mantelheizerelement verwendet, und die Umfassung ist eine Konstruktion, die einen Teil des Heizelements umgibt und sich im Wesentlichen koaxial zu diesem erstreckt.
  • Noch eine andere Lösung ist in GB-A-2 283 155 beschrieben, die ein sogenanntes planares Dickfilm-Heizelement mit einem Substrat verwendet, auf dem ein Dickfilm-Widerstandspfad oder eine Schicht mit geeigneter Isolierung zwischen dem Widerstandspfad oder der Schicht und dem Substrat und/oder über dem Widerstandspfad oder länger ausgebildet ist.
  • Während es die o. g. Lösungen ermöglicht haben, das Umfassungskonzept gemäß GB-A-1 143 834 zum arbeiten zu bringen, haben wir festgestellt, dass ein Problem dahingehend verbleibt, dass die Lösungen spannungsempfindlich sein können. D. h., dass eine Lösung, die im UK bei einer Nenn-Netzspannung von 240 Volt arbeitet, nicht oder weniger effizient funktioniert, wenn sie z. B. in Spanien verwendet wird, wo die Nenn-Netzspannung 220 Volt beträgt. Um in ganz Europa verwendbar zu sein, muss ein Gerät innerhalb eines Versorgungsspannungsbereichs von 210 Volt bis 250 Volt voll betriebsfähig sein. Die Versorgungsspannung beeinflusst sowohl die Betriebstemperatur eines unter Normalbedingungen arbeitenden Heizelements als auch die Geschwindigkeit eines Temperaturanstiegs im Fall eines Trockensiedevorgangs. Bei herkömmlichen Heizelement-Übertemperatur(Trockensiede)schutzsteuerungen ist dies nicht allzu schwerwiegend, da eine niedrigere Versorgungsspannung nicht nur bedeutet, dass das Heizelement bei niedrigerer Temperatur betrieben wird, sondern da es auch bedeutet, dass die Geschwindigkeit eines Temperaturanstiegs während eines Trockensiedevorgangs stark verringert ist, wodurch die Steuerung mehr Zeit zur Reaktion hat. Jedoch ergibt sich für eine Trockensiede- und Dampfsensorsteuerung mit einem einzelnen Sensor zum Realisieren des Umfassungsprinzips gemäß GB-A-1 143 834 das Ergebnis, dass eine für eine niedrigere Versorgungsspannung konzipierte Steuerung bei höherer Spannung vorzeitig arbeitet und dass eine für eine höhere Spannung eingestellte Steuerung bei der niedrigeren Spannung überhaupt nicht arbeitet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Um die o. g. Probleme zu überwinden oder zumindest wesentlich zu verringern ist durch die Erfindung ein Dickfilm-Heizelement geschaffen, dessen Widerstandspfad innerhalb eines bestimmten Teils der Oberfläche des Heizelements einen aus einem Material mit negativem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (NTCR) gebildeten Abschnitt aufweist, während der Hauptteil des Pfads aus einem Material mit positivem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTCR) gebildet ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Wirkung verschiedener Versorgungsspannungen auf die Betriebstemperatur des genannten Pfadabschnitts mindestens teilweise kompensiert wird.
  • Bei einer Anordnung, die das Umfassungskonzept gemäß dem o. g. Dokument GB-A-1 143 834 realisiert, versorgt die Erfindung den Heiz-Widerstandspfad eines Dickfilm-Heizelements mit einem Abschnitt, der so konzipiert ist, dass er innerhalb der Grundfläche der Umfassung liegt, wobei er aus einem Material mit negativem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (NTCR) besteht, und wobei der Hauptteil des Heizelementspfads aus einem Material mit positivem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTCR) besteht. Dank dieser Anordnung fällt, wenn das Heizelement mit einer verringerten Versorgungsspannung betrieben wird, seine Betriebstemperatur, und es nimmt auch der Widerstand des Hauptteils des Heizelementspfads (der viel größer als der Widerstand des Pfadabschnitts innerhalb der Umfassung ist) ab, so dass der Stromabfall kleiner ist, als es andernfalls der Fall wäre, und der Temperaturabfall ist kleiner als es dann der Fall wäre, wenn der Pfad einen Wider stands-Temperaturkoeffizienten vom Wert null aufweisen würde. Bei verringerter Temperatur ist der Widerstand des Sensorpfads, d. h. der Pfadabschnitt innerhalb der Umfassung, erhöht, jedoch ist der Strom durch ihn hauptsächlich durch den Widerstand des Hauptpfads bestimmt, so dass die durch den Sensorpfad umgesetzte Leistung höher ist als es dann der Fall wäre, wenn er einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten vom Wert null hätte. So sorgt die Anordnung für eine Kompensation von Unterschieden bei der Versorgungsspannung.
  • Derzeit verfügbare NTCR- und PTCR-Materialien, wie sie uns bekannt sind und wie sie auf druckbaren Tasten vom Typ leitender Farbe beruhen und mindestens ein Metallpulver und ein Glaspulver mit Dispersion in einem Trägermedium enthalten, ermöglichen es nicht, eine vollständige Kompensation von Unterschieden der Versorgungsspannung zu erzielen, jedoch sind dennoch gute Ergebnisse erzielbar. Um eine vollständige Kompensation zu erzielen, bestünde eine Vorgehensweise darin, für den Hauptpfad ein Material mit unendlichem PTCR zu verwenden, was näherungsweise durch ein Curiepunkt-Bauteil erzielbar ist. Bei einem derartigen Bauteil ist der Widerstands-Temperaturkoeffizient des Sensorpfads irrelevant, da seine Leistung, und demgemäß seine Temperatur, konstant bleiben würde.
  • Die obigen sowie andere Merkmale und Erscheinungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, und sie werden am besten unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung erkennbar werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt.
  • Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine schematische, teilgeschnittene Ansicht einer Wassersiedekanne, bei der die Erfindung angewandt werden kann; und
  • 2 veranschaulicht schematisch, wie die Erfindung beim Heizelement der Wassersiedekanne der 1 anwendbar ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform
  • Es wird als Erstes auf die 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei darauf hingewiesen wird, dass diese Figur der 1 der Zeichnungen des o. g. Dokuments GB-A-2 283 155 entspricht. Es ist dargestellt, dass eine elektrisch betriebene Wassersiedekanne 1, die z. B. aus geformtem Kunststoffmaterial hergestellt wurde, über Folgendes verfügt: einen als planares elektrisches Heizelement 2 ausgebildeten Sockel, eine thermisch ansprechende Steuerung 3 an einer speziellen Stelle an der Unterseite des Heizelements 2 sowie eine Umfassung 4, die der Steuerung 3 auf der entgegengesetzten Seite des Heizelements gegenüberliegt und in der Öffnungen 5 ausgebildet sind.
  • Das Heizelement 2 und die Steuerung 3 können verschiedene Formen einnehmen, wobei es diesbezüglich das wesentliche Erfordernis ist, dass sich das thermisch ansprechende Stellglied der Steuerung 3 in ausreichend engem Wärmekontakt mit dem Heizelement befindet, um auf dessen Temperatur zu reagieren. Die Steuerung 3 kann z. B. einen modifizierte Form der o. g. Steuerung X1 sein, wie sie in GB-A-2 283 155 unter Bezugnahme auf die dortige 2 beschrieben ist, und ihr Bimetallstellglied kann mit der Unterseite des Heizelements 2 in Kontakt stehen. Das Heizelement 2 kann über ein dünnes Blech aus rostfreiem Stahl verfügen, das die Oberseite des Elements bildet, wobei an dessen Unterseite eine dünne Schicht aus Glas oder einem anderen temperaturbeständigen, elektrisch isolierenden Material vorhanden ist. Auf der Oberfläche der Glasschicht ist das eigentliche Widerstands-Heizelement ausgebildet, z. B. durch Aufdrucken unter Verwendung einer elektrisch leitenden Druckpaste vom Druckfarbentyp, wobei über dem aufgedruckten Element eine weitere dünne Schicht aus Glas oder einem anderen temperaturbeständigen, elektrisch isolierenden Material vorhanden ist. Die Druckpaste enthält üblicherweise Metallpulver und Glas, die in einem Träger dispergiert sind, und sie wird nach dem Drucken gebrannt, um die Heizelementpfade auszubilden, wobei die Art des Metallpulvers und seine Eigenschaften im Gemisch die elektrischen Eigenschaften des Pfads bestimmen.
  • Die Löcher 5 in der Umfassung 4 ermöglichen es, dass Wasser in diese eintritt, wenn die Kanne gefüllt wird, und sie dienen, wie oben angegeben, dazu, mittels Dampf, wie er erzeugt wird, wenn Wasser im Gefäß 1 siedet, Wasser aus der Umfassung auszutreiben. Ein örtlicher Siedevorgang innerhalb der Umfassung 4, wenn das Hauptwasservolumen auf eine Temperatur erwärmt wird, hervorgerufen durch das Fehlen wesentlicher Konvektionsströme innerhalb der Umfassung, führt dazu, dass nur Dampf aus der Umfassung ausströmt und vom relativ kühleren Hauptwasservolumen Ersatzwasser in die Umfassung einströmt. Wenn jedoch das Hauptwasservolumen zu sieden beginnt, hört das Einströmen von relativ kühlem Wasser in die Umfassung auf, und der in der Umfassung erzeugte Dampf bewirkt schnell ein Trockensieden, was einen schnellen Anstieg der örtlichen Temperatur des Heizelements zur Folge hat.
  • Dieser schnelle Temperaturanstieg wird durch die Steuerung 3 erfasst, die so wirkt, dass sie die Spannungsversorgung zum Element 2 abschaltet.
  • Die Umfassung 4 kann wie bei der in WO-A-9318631 beschriebenen Anordnung als Metallblechteil ausgebildet sein, das an der erforderlichen Position über der Steuerung 3 durch Punktschweißen oder Annieten oder auf andere Weise befestigt wird. Wenn da Heizelement 2 auf einer Metallplatte ausgebildet oder an einer solchen befestigt ist, und wenn die Platte den Boden des Gefäßes bildet, wie bei der beschriebenen Anordnung, könnte die Steuerung alternativ zur Seite der Platte hin, dicht am Rand, liegen; die Umfassung könnte dann als integraler Teil des Gefäßformteils ausgebildet sein, das so angeordnet sein könnte, dass es mit der Platte überlappt und deren Fläche entgegengesetzt zum Bimetallelement der Steuerung abdeckt, wobei die Öffnungen in der Umfassung durch Stufen im Unterrand derselben und durch ein oder mehrere Löcher in ihrer Oberseite gebildet sein könnten.
  • Alternativ könnte die Erfindung in einem Wassersiedegefäß vom sogenannten schnurlosen Typ verwendet werden, z. B. mit einem rotationsfreien, schnurlosen Verbindersystem der Art, wie sie in unserer internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB 93/01814 (WO-A-9406185) beschrieben ist. Bei einer derartigen Anwendung könnte die Steuerung zentral unter dem Heizelement, oder zumindest zentral in Bezug auf das Gefäß, platziert sein, und die Umfassung könnte ein Kunststoffformteil sein, das an den Seiten des Gefäßes gehalten wird, und sie könnte im Zentrum des Heizelements liegen. Eine derartige Umfassung in Form eines Kunststoffformteils könnte einstückig mit dem Gefäß geformt werden, oder sie könnte alternativ getrennt geformt werden, jedoch an den Gefäßwänden befestigt und gehalten werden. Angesichts der engen Nachbarschaft der Umfassung zum Heizelement kann es bevorzugt sein, wenn eine Umfassung aus einem Kunststoffformteil zu verwenden ist, die Umfassung aus einem Material mit hervorragender Wärmebeständigkeit herzustellen; ein geeignetes Material könnte z. B. Polyphenylensulfid, z. B. RytonTM von Phillips Petroleum sein, das entflammungsverzögernd ist und einen Schmelzpunkt über 300°C aufweist.
  • Die 2 ist eine schematische Darstellung, die das Heizelement 2 der Wassersiedekanne der 1 zeigt, wobei die Heizelementpfade im größten Teil der Deutlichkeit halber weggelassen sind. D. h. jedoch, dass ein Vergleich der hier vorliegenden 2 mit der 3B der Zeichnungen des o. g. Dokuments GB-A-2 283 155 durch Ähnlichkeit ergibt, dass das planare Heizelement 2 über Folgendes verfügt: ein Substrat oder eine Sockelplatte 31 aus rostfreiem Stahl, auf der eine elektrisch isolierende erste Schicht aus Glas ausgebildet ist, wobei auf der Glasschicht ein Heizerpfad 33 aus elektrisch leitender Druckpaste vom Druckfarbentyp ausgebildet ist, und wobei über dem Heizerpfad 33 und der ersten Glasschicht eine elektrisch isolierende zweite Glasschicht ausgebildet ist. In der zweiten Glasschicht ist eine Öffnung oder ein Fenster 35 so vorhanden, dass der Heizerpfad 33 unter der Öffnung freigelegt ist, und die Öffnung 35 ist so bemessen, dass sie es ermöglicht, dass das Bimetallstellglied der Steuerung der 2 gemäß GB-A-2 283 155 direkt auf die Temperatur des Heizerpfads 33 ansprechen kann, wobei jedoch der Fuß des Trägers dieser Steuerung auf der Glasfläche liegt, die sich außerhalb der Öffnung befindet und diese umgibt. In der zweiten Glasschicht sind an Stellen, die Anschlussenden des Heizerpfads 33 entsprechen, zusätzliche Öffnungen 36 und 37 ausgebildet, die so angeordnet sind, dass sie durch nach vorne vorstehende Teile federnder Leiter der Steuerung 3 kontaktiert werden, wenn diese in eine betriebsfähige Beziehung zum Heizelement eingesetzt wird.
  • Im Betrieb des so beschriebenen planaren Heizelements mit der so beschriebenen Elementschutzsteuerung, wie sie detaillierter in GB-A-2 283 155 beschrieben ist, gewährleistet die Tatsache, dass das primäre Bimetallstellglied der Steuerung in direkter Wärmeübertragungsbeziehung zum Heizerpfad des Elements steht, eine schnelle Reaktion der Steuerung auf eine Übertemperatursituation des Elements. Gleichzeitig ist es durch Isolieren der sekundären Schutzeinrichtung, d. h. des kolabierbaren Trägers der Steuerung, gegenüber der Heizerbahn 33 gewährleistet, dass das thermische Überschwingungen, das normalerweise mit dem Primärbetrieb der Steuerung einhergeht, d. h. der dynamische Temperaturanstieg, wie er normalerweise nach einem Betreiben des Primärschutzes im Element auftritt, nicht zur Betätigung des Sekundärschutzes führt. Der enge Wärmekontakt des primären Bimetallstellglieds mit dem Heizerpfad ermöglicht es ferner, verbesserte Primärschutz-Ansprechzeiten zu erzielen, was das Niveau eines Überschwingens der Temperatur zusätzlich verringert. Diese Faktoren erleichtern die Auswahl geeigneter Materialien für den kolabierbaren Träger der Steuerung.
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist der Heizelementpfad 33 mit einem Hauptteil 50 mit positivem Widerstands-Temperaturkoeffizienten und einem Sensorteil 60 mit negativem Widerstands-Temperaturkoeffizienten versehen, der so geformt ist, dass er der Grundfläche der Umfassung 4 entspricht und dasjenige Gebiet des Heizelements umgibt, das den temperaturempfindlichen Elementen der Steuerung 3 zugeordnet ist. Selbstverständlich ist es zu beachten, dass die Darstellung des Heizelementspfads 33 in der 2 nur schematisch ist und dass der Pfad in der Praxis unterteilt und mäanderförmig sein kann, wie es z. B. in EP-A-0787417 dargestellt ist.
  • Das folgende Beispiel veranschaulicht, wie es die Erfindung ermöglichen kann, das Problem verschiedener Versorgungsspannungen zu überwinden oder zumindest wesentlich zu verringern. Das Beispiel beruht auf einem Versorgungsspannungsbereich von 200 Volt bis 240 Volt, und es ist angenommen, dass der Widerstand des Sensorpfads innerhalb des Bereichs 60 viel kleiner als derjenige des Hauptteils 50 des Heizelements ist. Ferner ist angenommen, dass der Pfad zwischen 20°C und 180°C einen linearen Widerstands-Temperaturkoeffizienten zeigt, was nicht streng gilt, jedoch ausreichend ist, um die Wirksamkeit des Beispiels zu demonstrieren. Andere Annahmen sind aus dem Beispiel ersichtlich.
    • 1. Es ist eine Bahnlänge von 1500 mm mit einem Sensorteil von 30 mm angenommen. Der Widerstand des Elements bei einer Nennbetriebstemperatur von 180°C (bei einer angenommenen Grundtemperatur von 20°C entspricht dies einem Temperaturanstieg von 160°C) beträgt 28 Ohm, und demgemäß beträgt die Nennleistung bei 240 V ungefähr 2000 W. Da ursprünglich eine gleichmäßige Ausgangsleistung erfordert ist, ist die Leistungsdichte bei 180°C so ausgebildet, dass sie für den Haupt- und den Sensorpfad gleich ist. So weist der Hauptpfad einen Widerstand von 27,4 Ohm auf, und der Sensorpfad weist 0,6 Ohm auf, was auf ihren relativen Längen beruht. Dies liefert an der Steuerung eine abgeführte Leistung von 41 W. Dies ist die Leistung, die über den Versorgungsspannungsbereich hinweg möglichst konstant gehalten werden sollte, um für konstante Funktion zu sorgen.
    • 2. Es sei angenommen, dass der PTCR der Hauptbahn 2500 ppm oder 0,0025/°C beträgt. Dies ist höher als es aktuell üblich ist, da dies einen hohen Einschaltstromstoß im kalten Zustand ermöglichen würde. Jedoch könnte das Vorliegen den NTCR-Pfadabschnitts dies in gewissem Umfang kompensieren, und das vorliegende Element hat nur ungefähr 2000 W, oder ungefähr 8 A, was Raum für einen größeren PTCR liefert. Für den Sensorpfad sei auch ein NTCR von 2600 ppm, oder 0,0026/°C angenommen. Dies ist der mittlere Bereich des Verfügbaren, jedoch keine spezielle Qualität. Diese spezielle Kombination aus der Bahnlänge und dem TCR ist nicht völlig realistisch, da Materialien mit hohem TCR dazu neigen, einen hohen spezifischen Widerstand aufzuweisen, und so wären die Pfade kurz und dick, statt des vorteilhafter Weise gewählten langen, gedachten Pfads, jedoch ist das Prinzip dasselbe und das Ergeb nis ist gültig.
    • 3. Wenn der Hauptpfad betrachtet wird, so fällt sein "Heiß"widerstand von 27,4 Ohm bei 180°C wegen seines PTCR bei "kalten" Bedingungen (20°C) auf 19,6 Ohm. Wenn der TCR null wäre, würde der Widerstand nicht fallen, der Betriebsstrom bei 200 Volt wäre 7,3 A und die Betriebsleistung wäre 1460 W. Da jedoch der Hauptpfad einen PTCR von 0,0025/°C aufweist, steigt sein Kaltwiderstand mit dem Strom an und bei 200 Volt beträgt er 25,36 Ohm, was niedriger als sein Widerstand von 27,4 Ohm bei 180°C ist, da die heiße Betriebstemperatur des Elements wegen der niedrigeren Versorgung von 200 Volt niedriger ist, wobei Proportionalität zwischen der Leistung und dem Temperaturanstieg angenommen ist. Bei einem Widerstand von 25,36 Ohm bei 200 Volt beträgt der Strom 7,9 A, was nur eine kleine Verringerung gegenüber den nominell 8 A bei 240 Volt ist, und die Betriebsleistung liegt dicht bei 1600 Watt.
    • 4. Da der Widerstand des Hauptpfads so viel größer als derjenige des Sensorpfads ist, wirkt der Hauptpfad als Ballast, was für den Sensorpfad unabhängig von dessen Widerstand eine im Wesentlichen konstante Stromquelle ergibt. Ersichtlicherweise hängt der Konstantstrom von der Versorgungsspannung ab und ist für jede Versorgungsspannung verschieden. So ergibt sich unter Verwendung des Sensorpfads, wenn durch diesen 7,9 A geschickt werden, ein Temperaturanstieg von 150°C (Betriebstemperatur von 170°C), sein Widerstand steigt auf 0,626 Ohm an, und die umgesetzte Leistung beträgt 39,1 Watt. Bei einem TCR vom Wert null und bei 7,2 A würde diese Leistung 31,1 W betragen.
  • Aus diesem einfachen Beispiel ist es erkennbar, dass sich die Leistungsregulierung des Sensorpfads von 76% auf 95% verbesserte und die Betriebstemperatur von 132°C auf 170°C verbessert ist. Es sind weitere Verbesserungen möglich, so dass z. B. ein Erhöhen des TCR des Sensorpfads auf 0,003/°C eine Regulierung von 96% ergibt. Die erzielten tatsächlichen Werte hängen von den Eigenschaften der Dickfilmmaterialien ab, die zur Herstellung der Heizerpfade verwendet werden, z. B. von der Zusammensetzung und dem Anteil des mindestens einen Metalls in der Druckpaste.
  • Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass der NTCR des Sensorpfads in den Gebieten, die durch die Wände der Umfassung bedeckt sind, für einen gewissen Schutz des Heizelements sorgen kann. Es hat sich herausgestellt, dass dann, wenn an diesen Punkten kein Wasser mit der Heizerfläche in Kontakt steht, die Heizerpfade zum Überhitzen neigen können, was zu verfrühtem Ausfall führt. Dies könnte dadurch überwunden werden, dass an diesen Punkten ein Pfad mit niedrigem Widerstand aufgedruckt wird, jedoch führt dies zu zusätzlicher Kompliziertheit des Designs. Jedoch würde der Widerstand des NTCR-Pfads an diesen Punkten fallen, was die erzeugte Leistung verringern würde (da der Strom im Wesentlichen konstant ist), und was die Tendenz zur Überhitzung verringern würde. Ein noch weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass NTCR-Materialien dazu neigen, einen hohen spezifischen Widerstand zu zeigen, insbesondere im Vergleich mit den Druckpastenmaterialien vom Typ mit leitender Druckfarbe, wie sie aktuell für gemäß unseren Spezifikationen hergestellte Dickfilmelemente verwendet werden. Dies bedeutet, dass eine kurze, breite Bahn erforderlich ist, um den niedrigen Widerstand (0,6 Ohm) im Erfassungsgebiet zu erzielen. Dies führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung unter der Umfassung, und es liefert eine gute Fläche für die Wärmeübertragung zur Steuerung. Das vorliegende Pfaddesign mit einem Material mit niedrigem spezifischem Widerstand erfordert mehrere Pfade unter der Steuerung, wie es z. B. in der 1 von EP-A-0 787 417 dargestellt ist, um eine ausreichende Leistungsdichte zu erzielen.
  • Während bei der beschriebenen Anordnung der Widerstand des Hauptpfads viel größer als derjenige des NTCR-Sensorpfads ist, ist es möglich, dass ähnliche Effekte unter Verwendung von Pfaden mit engeren Widerstandswerten erzielt werden. Das Vorliegen eines NTCR kann zu Instabilität führen, und der große Widerstand des Hauptpfads wirkt als Ballast hinsichtlich einer Kontrolle hiervon. Wenn dies berücksichtigt wird, könnten Pfade mit ähnlichem Widerstand verwendet werden. Auch wurden nahezu lineare TCR-Charakteristiken angenommen, wohingegen eine gekrümmte Charakteristik üblicher ist, wobei die Werte bei höheren Temperaturen kleiner sind. Eine Kombination von Materialien, deren PTC- oder NTC-Charakteristiken für verschiedene Temperaturen optimiert sind, könnte dazu verwendet werden, das Ansprechverhalten zu linearisieren, oder einer möglichen Instabilität entgegenzuwirken, wie sie verursacht wird, wenn die Pfadwiderstände stärker nahezu gleich sind.
  • Nachdem die Erfindung hier beispielhaft beschrieben wurde, ist es zu beachten, dass das Beispiel in jeder Beziehung beispielhaft ist und dass Modifizierungen und Variationen an ihm möglich sind, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Z. B. wurde die Erfindung zwar in Zusammenhang mit dem Umfassungskonzept beschrieben, wie es als Erstes in GB-A-1 143 834 vorgeschlagen wurde, jedoch hat die Erfindung umfassendere Anwendungen, und sie könnte sich in jeder Situation als nützlich erweisen, in der die Temperatur eines Dickfilm-Heizelements durch ein temperaturempfindliches Bauteil wie ein Schaltbetätigungs-Bimetallelement überwacht wird, unabhängig davon, ob ein derartiges Bauteil als Thermostat zum Aufrechterhalten des Inhalts eines Gefäßes auf einem vorbestimmten Temperaturwert oder als Übertemperatur-Schutzunterbrechung konfiguriert ist.

Claims (5)

  1. Dickfilm-Heizelement (2), dessen Widerstandspfad innerhalb eines bestimmten Teils der Oberfläche des Heizelements einen aus einem Material mit negativem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (NTCR) gebildeten Abschnitt (60) aufweist, während der Hauptteil (50) des Pfads aus einem Material mit positivem Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTCR) gebildet ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Wirkung verschiedener Versorgungsspannungen auf die Betriebstemperatur des genannten Pfadabschnitts mindestens teilweise kompensiert wird.
  2. Dickfilm-Heizelement nach Anspruch 1, in Kombination mit einer thermisch ansprechenden Steuereinrichtung (3) mit einem Temperatursensor, der so angeordnet ist, daß er auf die Temperatur des genannten Pfadabschnitts (60) anspricht.
  3. Kombination nach Anspruch 2, wobei die thermisch ansprechende Einrichtung (3) einen Thermostat umfaßt.
  4. Elektrisch beheizbarer Wasserkochkessel mit einer Kombination eines Heizelements (2) und einer thermisch ansprechenden Einrichtung (3) nach Anspruch 2 oder 3.
  5. Elektrisch beheizbarer Wasserkochkessel nach Anspruch 4, wobei im Kessel an einem dem genannten bestimmten Teil der Oberfläche des Heizelements entsprechenden Ort eine Umfassung vorgesehen ist und die Anordnung der Umfassung so getroffen ist, daß sie sich im Gebrauch des Kessels mit Wasser füllt, wenn der Kessel gefüllt wird, und der Einsatz des Kochens und die folgende Dampferzeugung in der Umfassung bewirkt, daß Wasser im wesentlichen daraus verdrängt wird, so daß eine Trockenkoch-Situation nachgebildet wird, die von dem Temperatursensor erfaßt werden kann.
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