Electrical device for liquids

Abstract: A liquid device in the form of a water jug (1) having a tubular heating element (8) bent in the form of a double loop, a central section (13) of the same being welded or soldered in strip-form to a plate (11), on which is placed, from the outside, a thermostatic switch (10) which responds in the event of an overload or drying out of the tubular heating element (8). <IMAGE>

Description: Elektrische FlüssigkeIt she i zvo r richtung Die Erfindung betrifft eine elektrische Flüssigkeitsheizvorrichtung entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Aus der DE-OS 32 19 307 ist ein elektrischer Tauchsieder mit einer Montageplatte bekannt, an der ein Heizelement befestigt ist. Die Montageplatte ist mittels einer einzigen Befestigungsvorrichtung an der Wand eines Gefässes, zum Beispiel eines Wasserkessels, befestigt, wobei ein Teilstück des aktiven Teils des Heizelements allein und direkt mit einem wärmeleitenden Teil der Befestigungsvorrichtung verbunden ist. Die Wärmebrücke von der Rohrheizkörperschlaufe zu einem ausserhalb angeordneten Bimetallschalter wird bei der bekannten Anordnung von einem runden Schraubbolzen gebildet, mit dem die Rohrheizkörperanordnung mit der Gefässwand verspannt wird. Damit der Bimetallschalter anspricht, muss die Wärmebrücke aus einem gut wärmeleitenden Material, zum Beispiel aus Kupfer bestehen, während der Mantel des Rohrheizkörpers im allgemeinen aus Chrom nickelstahl mit wesentlich schlechterer Wärmeleitfähigkeit besteht. Da der Rohrheizkörpermantel relativ dünn ist, besitzt dieser auch eine entsprechend geringe Wärmekapazität. Wenn der Rohrheizkörper sich aus irgendwelchen Gründen überhitzt, zum Beispiel glühend wird, dann fliesst über die relativ kleine Berührungsstelle zu dem Schraubbolzen so viel Wärme ab, dass diese Stelle wesentlich kälter bleibt als die benachbarten Stellen. Dies hat zur Folge, dass entweder die normale Betriebstemperatur des Rohrheizkörpers ziemlich niedrig bemessen werden muss, so dass also zur Erhitzung der in den Wasserkessel eingefüllten Flüssigkeit ein übermässig langer Zeitraum benötigt wird oder dass in Kauf genommen wird, dass kritische Temperaturen im Bereich der Rohrheizkörperlänge überschritten werden. Bei der bekannten Konstruktion befinden sich die Anschlussenden des Rohrheizkörpers etwa in derselben Höhe wie die Bimetallbrücke. Die Anschlussenden müssen dementsprechend inaktiv gehalten sein, damit zum Beispiel beim Verdampfen der Flüssigkeit und Trockengehen der Anordnung sich die Anschlussenden nicht überhitzen, bevor der Bimetallschalter anspricht. Dies bedeutet wiederum, dass unnötige Länge des Rohrheizkörpers verlorengeht bzw. für¯ den Überhitzungsvorgang nicht zur Verfügung steht. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsheizeinrichtung der in Rede stehenden Art so auszubilden, dass das Ansprechen des Thermoschutzschalters auch bei höheren Heizleistungen des Rohrheizkörpers verbessert und ein Durchbrennen des Rohrheizkörpers bei Trockenfallen vermieden wird. Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen. Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansaicht einer elektrisch beheizbaren Wasserkanne; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Anschlussteil der Wasserkanne bei abgenommener Schutzkappe und herausgenommenem Thermoschalter; Fig. 3 in vergrössertem Massstab schaubildlich die Rohrheizkörperanordnung mit der sie tragen den Platte; Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rohrheizkörperan ordnung gemäss Fig. 3; Fig. 5 eine Draufsicht auf das Anschlussteil längs der Pfeile V-V in Fig. 3; Fig. 6 bis 8 in vergrössertem Massstab Ausschnitte aus Fig. 3 bei unterschiedlicher Höhe der Lötstelle. Ein Gefäss 1, welches in Form einer Wasserkanne ausgebildet ist, besitzt in der Nähe seines Bodens Öffnungen 2, 3 für den Durchtritt der Anschlussenden 7 eines Rohrheizkörpers 8, Öffnungen 4 und 5 für den Durchtritt von Spannschrauben 9 sowie eine im wesentlichen rechteckig ausgebildete Öffnung 6 zur Aufnahme eines Thermostatschalters 10. Der Rohrheizkörper 8 ist doppelt schleifenförmig so gebogen, dass ein mittlerer Abschnitt 13 desselben gerade quer überhalb den Rohrheizkörperanschlussenden 7 verläuft und diese überbrückt. Dieser Teil ist bei 14 mit einer Platte 11 aus einer schlecht wärmeleitenden Legierung, vorzugsweise aus einem Chromnickelstahl, verlötet. Hieraus ergibt sich eine neuartige Funktionsweise: Einerseits ist durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Legierung gewährleistet, dass der Wärmefluss zu den Rändern der Platte 11 gering bleibt. Dementsprechend kann das Material der Kanne bzw. der Dichtung nicht durch Überhitzung beschädigt werden. Andererseits wird verhindert, dass durch einen zu starken Wärmeabfluss unter Berücksichtigung der geringen Wärmekapazität des dünnen Mantelrohres der mittlere Abschnitt 13 auskühlt und nicht genügend Wärme von einer Überhitzungsstelle nachtransportiert wird. Das Ansprechen eines zugeordneten Thermostatschalters erfolgt dementsprechend zuverlässiger, gleichgültig, an welcher Stelle im Rohrheizkörperverlauf eine Überhitzung auftritt. Die Platte 11 wird mittels Spannschrauben 9, welche durch die Löcher 4 und 5 gesteckt werden, bzw. durch nicht dargestellte auf die Spannschrauben aufgeschraubte Muttern an eine ringförmige Gummidichtung 12 angepresst, wobei die Öffnungen 2 bis 6 von innen her abgedichtet werden. Auf die Spannschrauben 9 kann eine nicht dargestellte Abschlusshaube aufgesetzt werden, welche die elektrischen Zuleitungen und gegebenenfalls einen Schalter aufnimmt. Ein in rechteckige Öffnung 6 eingesetzter Thermostatschalter 10 zum Beispiel ein Bimetallschalter wird von einer Einsenkung in der Platte 11 und von der Gummi- dichtung 12 in seiner Lage gehalten. Er liegt von aussen her an der durch die Verschweissung des Abschnittes 13 mit der Platte 11 gebildeten Wärmebrücke an, so dass der Rohrheizkörper 8 abgeschaltet wird, wenn der mittlere Abschnitt 13 eine bestimmte Temperatur überschreitet. Da ansonsten die Platte 11 schlecht wärmeleitend ist, ist auf diese Weise sichergestellt, dass der an der Gummidichtung 12 anliegende Rand der Platte 11 keine Temperatur erreicht, durch welche die Gummidichtung 12 oder die Gefässwand beschädigt werden könnte. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt der mittlere Abschnitt 13 des Rohrheizkörpers 8 über den Anschlussenden 7 des Rohrheizkörpers 8. Wenn das Abschalten der Flüssigkeitsvorrichtung vergessen wird und Flüssigkeit verdampft, fällt zuerst der mittlere Abschnitt 13 trocken, wobei durch den Thermostatschalter 10 die Flüssigkeitsheizvorrichtung abgeschaltet wird. Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, besitzt die Verlötung des Abschnittes 13 mit der Platte 11 eine Länge etwas über der Hälfte des Abstandes der Achsen der beiden Rohrheizkörperanschlussenden 7, so dass die Wärme aus einem wesentlich grösseren Abschnitt des Rohrheizkörpers im Vergleich zu bekannten Anordnungen abgezogen wird. Damit wird gewährleistet, dass durch das Abziehen von Wärme auch unter Berücksichtigung der relativ schlechten Wärmekapazität des aus Chromnickelstahl bestehenden Rohrheizkörpermantels kein stärkerer Temperaturgradient anfällt, der das Ansprechen des Thermoschalters bei Überhitzung des Rohrheizkörpers 8 in Frage stellen könnte. Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 wird im folgenden der Einfluss der Breite der Lötstelle - also deren Aus dehnung quer zur Rohrheizkörperachse - erläutert. Wenn der Thermostatregler auf eine Ansprechtemperatur von o 120 C eingestellt ist und die in axialer Richtung der Rohrheizkörperachse am Abschnitt 13 gemessene Ausdehnung der Lötstelle 20 bis 30 mm beträgt, dann ergibt sich bei einer Breite der Lötstelle d = 8 mm entspre ol chend Fig. 6 eine Temperatur von 130 C nach der Lötstelle bei Normalbetrieb des Rohrheizkörpers in Wasser. Dies bedeutet, dass der Thermostatschalter 10 zu takten beginnt; d.h. die Stromzufuhr wird periodisch unterbrochen. Die fortwährenden Schaltervorgänge belasten jedoch den Thermostatschalter, so dass die Lebensdauer desselben erheblich verkürzt wird. Die günstigste Lösung ist in Fig. 7 dargestellt, bei der die Breite oder Höhe der Lötstelle d = 4 mm 2 beträgt. Dabei ergibt sich eine Temperatur nach der o Lötstelle von 109 C. Beim Trockenfallen des Rohrheizkörpers, zum Beispiel durch Ausschütten oder Verdampfen des Wassers, ergibt sich eine Ansprechzeit von 18 Sekunden, die günstig ist, da dabei noch keinerlei Uberlastungserscheinungen auftreten. Der entgegengesetzte Grenzfall ist in Fig. 8 dargestellt, wobei die Breite bzw. Höhe der Lötstelle d = 2 mm beträgt. Es 3 ergibt sich eine sehr günstige Temperatur im Betrieb von o 103 C. Die Ansprechzeit beim Trockenfallen beträgt jedoch bereits 20 Sekunden. Da diese aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden sollte, darf auch die Breite der Lötstelle nicht verringert werden. Die Oberflächenleistung des Rohrheizkörpeers 8 kann dadurch, dass der Thermostatschalter höher liegt, als der übrige Teil des Rohrheizkörpers - abgesehen vom 2 mittleren Abschnitt 13 - auf 20 Watt/cm vorzugs 2 weise auf 30 Watt/cm hochgesetzt werden, ohne dass Gefahren auftreten, d.h. bei Verdampfen der Flüssigkeit spricht immer zuerst der Thermostatschalter an bevor die übrige Rohrheizkörperlänge trockenfällt. Bei dieser Oberflächenbelastung platzt jedoch der ansonsten unvermeidliche Kalkansatz ab. Bevorzugt wird die Ausbildung der PlattXll aus einem einheitlichen Material, da derartige Lösungen preiswerter sind. Die Doppelschlaufe des Rohrheizkörper kann auch unsymetrisch sein.

Claims: Electrical device for heating liquids, in which a vessel (1) receiving the liquid is provided in the vicinity of its bottom with an opening for the passage of the connection ends (7) of a tubular heating element (8) which is bent in a double loop configuration in such a manner that a central portion (13) thereof is situated above the connection ends (7) of the tubular heating element (8) and bridges the latter, and in which this central portion (13) forms a thermal bridge to a thermostat switch (10) which is situated outside the vessel (1) and switches off the tubular heating element (8) when a given temperature is exceeded, the central portion (13) of the tubular heating element (8) being welded or soldered over a length corresponding at least to a third of the distance between the two connection ends (7) of the tubular heating element to a plate (11) which seals off the opening (12) via a rubber seal (12), the plate (11) having separate openings (2-5) for the passage of the connection ends (7) of the tubular heating element (8), characterised in that the central portion (13) is straight, that the plate is provided on its outer face (11) with a cavity (6) for receiving the thermostat switch (10), which cavity is adapted to the contours of the thermostat switch (10) and prevents lateral displacement of the latter, that the thermostat switch (10) is held in its position by the cavity (6) and by the rubber seal (12) and that the plate (11) consists of an alloy which is a poor heat conductor. Device for heating liquids according to claim 1, characterised in that the alloy which is a poor heat conductor is a chromium-nickel steel. Device for heating liquids according to one of claims 1 to 2, characterised in that when the length of the solder joint between the straight portion (13) of the tubular heating element (8) in the form of a double loop, as measured in the axial direction of the tubular heating element (8), is 20 to 30 mm, the height of the solder joint as measured transversely to the axial direction of the tubular heating element (8) is 2 to 8 mm, preferably 3 to 7 mm, the height (d₁, d₂, d₃) of the solder joint in this region being selected so that when the central portion (13) runs dry, the thermostat switch (10) responds within 20 seconds, although cyclic response of the thermostat switch (10) in the operating state is prevented. Device for heating liquids according to one of claims 1 to 3, characterised in that, in accordance with the arrangement of the thermostat switch (10) above the connection ends (7) of the tubular heating element, the surface power of the tubular heating element (8) is set at 20 Watt/cm², preferably 30 Watt/cm², so that with this surface loading, lime deposited on the surface of the tubular heating element flakes off.

Inventors: BLECKMANN INGO DIPL-ING DR MON, BLECKMANN, INGO, DIPL.-ING. DR. MONT.
Applicants: ELPAG AG CHUR
Application year: 1986
Main classification: H05B3
IPC codes: H05B3, A47J27