DE2642277A1

DE2642277A1 - Waermeabhaengiger zeitgeber

Info

Publication number: DE2642277A1
Application number: DE19762642277
Authority: DE
Inventors: Richard G Huebscher
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1977-03-24
Also published as: IT1073794B; US4044348A; SE7610446L; NL7610479A; CA1055086A; JPS5240784A; BE846467A; FR2325173A1

Description

PATENTANWALT
DlPUNG.

HELMUT GÖRTZ 9 R A ? ? 7 7

6 Frankfurt am Main 70 *■ ^{υ H} *■ *· ' '

Schncckenhofstr. 27 - Tel. 617079 £

20. September 1976 Gzw/Ra.

Gould Inc., Rolling Meadows, Illinois 60008 / USA

Wärmeabhängiger Zeitgeber

Die Erfindung bezieht sich auf einen wärmeabhängigen Zeitgeber gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches und betrifft im speziellen eine Zeitgebereinrichtung, die ein erkennbares Ausgangssignal zu einem Zeitpunkt erzeugt, der durch einen Wärmeabgabeparameter oder Wäraeverlustparaineter bestimmt wird.

Darüber hinaus richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine wärmeabhängige Zeitgebereinrichtung, die bei einer Herd- bzw. Kochanlage (range appliance) oder dergl. während des Betriebszustandes dieser Anlage bzw. der nachfolgenden Abkühlung auf eine Temperatur,bei der relativ sichergestellt ist, daß mindestens ein Teil einer Kochanlage oder dergl. berührt v/erden kann, eine Warnsignalfunktion bewirken kann. Es ist jedoch verständlich, daß der wärmeabhängige Zeitgeber gemäß der Erfindung auch auf andere Weise verwendet werden kann, um für eine Zeitperiode, beispielsweise während und/oder nachdem die Wärmezufuhr an ihm beendet wurde, ein unterscheidbares Ausgangssignal zu bewirken.

In bekannter Weise wird eine Signal-Kontrolleuchte verwendet, um einer Bedienungsperson einer Kochstelle bzw. eines Herdes, der eine glatte oder nicht durchlöcherte Platte aufweist, die

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ein elektrisches oder Gas-Heizelement bzw. Elemente abschirmt, anzuzeigen, daß das Heizelement unterhalb der Platte angeschaltet ist. Die Wärmeenergie, die durch die Platte übertragen wird, wird dazu verwendet, um in üblicher Weise ein Nahrungsmittel in einem auf der Platte placierten Behälter zu kochen, und im Zuge dieser Betriebsweise wird die Platte so heiß, daß ein Punkt überschritten wird, jenseits dessen sie nicht mehr durch eine Person berührt werden kann. Während der Zeit, in der das Heizelement angeschaltet ist, erzeugt die üblicherweise ebenso angeschaltete Signalkontrolleuchte ein entsprechendes geeignetes Signal davon. Nachdem jedoch das Heizelement, das beispielsweise ein elektrisches Widerstandselement, ein Gasbrenner oder ein anderes geeignetes Element sein kann, das entsprechend angev/endet werden kann, um Nahrungsmittel bzw. ein Kochgerät oder dergl. , das auf der Kochplatte placiert ist, zu erhitzen, abgeschaltet wurde, indem man beispielsweise die elektrische Energiezufuhr oder die Gaszufuhr abdreht, bleibt für eine bestimmte Zeitdauer die vorher erhitzte Fläche der Kochplatte relativ heiß, obgleich die Signal-Kontrolleuchte mit dem Abschalten des Heizelementes erlischt. Die Zeit, die notwendig ist, damit sich die heiße Fläche der Kochplatte bis in die Nähe der Raumtemperatur abkühlt, ändert sich in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der Kochplatte und der Umgebungstemperatur sowie dem Material,aus dem die Kochplatte besteht bzw. ihrer Wärmekapazität; es wurde gefunden, daß viele konventionelle feste Kochplatten in ungefähr 30 bis 40 Minuten, nachdem das Heizelement abgeschaltet wurde, sich bis in die Nähe der Raumtemperatur abkühlen, nachdem sie vorher auf die maximale Nenn-Betriebstemperatur aufgeheizt wurden.

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Es ist somit notwendig, ein ¥arnsignal an die Bedienungsperson am Herd bzw. an andere Personen zu geben, das anzeigt, daß ein Bereich der Kochplatte heiß und nicht zum Berühren geeignet ist, und zwar dann» wenn dieser Bereich sich abkühlt, nachdem das zugeordnete Heizelement abgeschaltet wurde. Da übliche Thermostate keinen Betriebstemperaturbereich, sagen wir z.B. zwischen einer sicheren Temperatur nahe Raumtemperatur von 60°C (140⁰F) und ungefähr einer Temperatur von 815,5°C (1500⁰F), der Temperatur, die oft durch das Heizelement eines Herdes erreicht wird, ist es nicht möglich, eine Warnleuchte zu verwenden, die von einem einfachen Thermostat betätigt wird, der in der Nähe eines Heizelementes zwecks Überwachung der Kochplattentemperatur angeordnet ist. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, eine getriggerte Zeitgebereinrichtung zu verwenden, um für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Abschalten des Heizelementes eine Warnleuchte zu betätigen. Werden übliche elektrische Zeitgebereinrichtungen verwendet, um eine derartige Warnleuchte zu betreiben, dann sind diese Zeitgebereinrichtungen relativ teuer und/oder unfähig, den normalen Temperaturen und anderen Umgebungseinflüssen, die bei einem Herd gegenwärtig sind, zu widerstehen, usw., und aus diesem und anderen Gründen sind daher diese Zeitgebereinrichtungen nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Wachteile zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Der wärmeabhängige Zeitgeber gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit angeschaltet und erhält ein Energieeingangssignal, wenn ein Heizelement, z.B. einer glatten Kochplatte, ange-

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schaltet wird. Die eingangsseitige Energie ist Wärmeenergie oder eine andere Energie, die in Wärmeenergie umgewandelt worden ist; diese eingangsseitige Wärmeenergie wird in der Zeitgebereinrichtung gespeichert. Nach dem Abschalten dieses Heizelementes wird die eingangsseitige Energiezufuhr zu dem wärmeabhängigen Zeitgeber beendet, wodurch die Wärmeenergie, die in dem wärmeabhängigen Zeitgeber gespeichert ist, mit einer bekannten Verlustrate solange abgegeben wird, bis die Temperatur des wärmeabhängigen Zeitgebers im Gleichgewicht mit der Umgebungstemperatur ist. Während mindestens eines Teiles der Periode des Wärmeenergieverlustes erzeugt der wärmeabhängige Zeitgeber ein erkennbares Ausgangs signal«, z.B. indem Thermostatkontakte geschlossen v/erden, die den Versorgungskreis einer Warnleuchte schließen, um zu kennzeichnen, daß die Herdplatte einen heißen Bereich hat. Nachdem dann eine bestimmte Wärmemenge abgegeben worden ist und der wärmeabhängige Zeitgeber eine Temperatur erreicht hat, die näher an der Umgebungstemperatur liegt, wird die besagte Warnleuchte abgeschaltet, beispielsweise durch das Öffnen der thermostatischen Kontakte.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der wärmeabhängige Zeitgeber eine Wärmespeichereinrichtung auf, die, relativ gesehen, in einer thermisch isolierten Umgebung angeordnet ist; es. sind weiterhin Mittel zum Zuführen von Wärmeenergie an die Speichereinrichtung und eine temperaturempfindliche Ausgangseinrichtung vorgesehen, die ein Ausgangssignal erzeugt, das kennzeichnend für die Temperatur der Speichereinrichtung ist. Die in der isolierten Umgebung befindliche Speichereinrichtung hat einen zeitlichen Wärmeverlustbeiwert und die Ausgangseinrichtung ist so eingestellt, daß sie ihr erkennbares Ausgangssignal üblicherweise kurz, nachdem die

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Speichereinrichtung begonnen hat, ein Wärmeenergieeingangssignal zu erhalten, erzeugt, wobei dieser Zustand sich für eine vorbestimmte Zeitdauer, die durch den Wärmeverlustbeiwert ■bestimmt ist, nachdem die Wärine energie zufuhr beendet wurde, fortsetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Speichereinrichtung aus einem Stahl- oder Eisenbarren (slug), wobei die eingangsseitige Wärmeenergie in Form von Hitze, die mittels eines elektrisch betätigten Widerstandsmaterials mit positivem Temperaturkoeffizient erzeugt wird, zugeführt wird (das Material wird im folgenden als PTC-Heizelement bezeichnet), Die Ausgangseinrichtung kann eine Einrichtung vom Thermostattyp sein, die relativ nahe zu der Speichereinrichtung und/oder des PTC-Heizelementes angeordnet ist, so daß die elektrischen Kontakte des Thermostaten in Abhängigkeit von der Temperatur der Speichereinrichtung und/oder des PTC-Heizelementes geöffnet und geschlossen v/erden«

Wenn die Erfindung auch später in Einzelheiten in Bezug auf eine eingangsseitige Wärmeenergie in der Form von Hitze, die dahingehend tendiert, die Temperatur der Speichereinrichtung im Vergleich zu der- Umgebungstemperatur zu erhöhen, ist es verständlich, daß die Erfindung ebenso die Verwendung einer eingangsseitigen sog. "kalten Energie", die die Tendenz hat, die Temperatur der Speichereinrichtung im Verhältnis zu der Umgebungstemperatur zu erniedrigen, einschließt. Als Ausgangseinrichtung können auch andere Einrichtungen als Thermostatkontakte verwendet werden und die Wärme kann weiterhin auch durch andere Heizelemente als PTC-Heizelemente der Speichereinrichtung zugeführt werden, die anders als ein Stahlbarren

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sein kann. Die wichtige Funktion, die durch die Erfindung realisiert wird, besteht darin, daß einige Zeit, nachdem begonnen wurde, eine eingangsseitige Wärmeenergie im wärmeabhängigen Zeitgeber zugeführt wurde und/oder für eine Dauer während der Gleichgewichtsperiode, die zurück zur Umgebungstemperatur führt, nachdem diese eingangsseitige Energie in der Zufuhr beendet wurde, ein erkennbares Ausgangssignal durch den wärmeabhängigen Zeitgeber erzeugt wird.

Bei Verwendung des wärmeabhängigen Zeitgebers gemäß der Erfindung zur Warnung vor einer heißen Kochplatte, kann das PTC-Heizeleraent so geschaltet sein, daß es ein elektrisches Eingangssignal empfängt, immer dann, wenn ein oder mehrere der Herdheizelemente angeschaltet sind,und die thermostatisch gesteuerten Kontakte der Ausgangseinrichtungen können so geschaltet sein, daß sie kurz darauf, beispielsweise nach ungefähr 2 bis 30 Sekunden, nachdem das PTC-Heizelement angeschaltet wurde, eine Warnleuchte, die sich in dem durch die Kontakte gebildeten Stromkreis befindet, anschalten. Da das PTC-Heizelement eine feste Curie-Temperatur hat, oberhalb der seine Temperatur normalerweise nicht sehr stark ansteigt, übersteigt die Temperatur des Stahlbarren-Speichers nicht diese Maximaltemperatur. Wenn das Herdplatten-Heizelement und das PTC-Heizelement des wärmeabhang!gen Zeitgebers abgeschaltet werden, verliert der Stahlbarren Wärme, der zweckmäßig in einer thermisch isolierenden Umgebung untergebracht ist, beispielsweise in Silicaaerogel, und wenn dann der Stahlbarren ausreichend abgekühlt ist, so schalten die -ausgangsseitigen Kontakte die Warnleuchte ab.

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Im Hinblick auf das Vorstehende betrifft somit die Erfindung primär die Messung eines Zeitintervalles als Antwort auf den Wärmeverlustbeiwert einer Wärmespeiehereinrichtung. Sie erzeugt dabei für eine Zeitdauer als Antwort auf ein Wärmeeingangssignal ein unterscheidbares Ausgangssignal. Das Ausgangssignal beginnt kurz nach der Einleitung der eingangsseitigen Wärme und setzt sich für eine bestimmte Zeitdauer nach Beendigung der Zufuhr der eingangsseitigen Wärme fort. Dieses Signal kann dazu verwendet werden, eine Warnanzeige vorzugeben,-derart, daß angezeigt wird, daß ein Bereich einer Herdkochplatte heiß ist, nachdem das Herdheiζelement abgeschaltet wurde.

Weitere Merkmale und Vorteile d.er Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den wärmeabhängigen Zeitgeber gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, der generell in Schnittansicht die Komponenten des wärmeabhängigen Zeitgebers darstellt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des wärmeabhang!gen Zeitgebers gemäß der Erfindung in der Verwendung in einem Schaltkreis bei einer Herdanlage mit einer glatten Kochplatte zwecks Ansteuerung einer Warnleuchte, und

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Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teiles des wärmeabhängigen Zeitgebers, die die Einstellmittel erkennen läßt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den wärmeabhängigen Zeitgeber, der generell mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Der wärmeabhängige Zeitgeber 10 v/eist eine aus einem Eisenbarren oder aus einem Barren aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bestehende Wärmespeichereinrichtung 11 auf," die in einer thermisch isolierten Umgebung 12 angeordnet ist; er weist ferner eine Thermostatausgangseinrichtung 13 auf, die im Warniekontakt mit der Speichereinrichtung 11 angeordnet ist zwecks Erfassung ihrer Temperatur, um ein erkennbares Ausgangssignal in der Form von bewegten offenen oder geschlossenen Kontakten 13a, 13b als Antwort auf die erfaßte Temperatur zu erzeugen.

Ein PTC-Heizelement 14 ist im Wärmekontakt sowohl mit der Speichereinrichtung 11 als auch der Ausgangseinrichtung 13 angeordnet; dieses Heizelement erzeugt in Antwort auf ein elektrisches Eingangssignal, das an den Eingängen A, B ansteht, Wärme, die das Wärmeeingangssignal des wärmeabhängigen Zeitgebers 10 darstellt. Die elektrische Eingangsgröße an den Klemmen A, B kann eine Versorgungswechselspannung von 120 bis 140 Volt und 50 oder 60 Hertz des Elektrizitätswerkes sein, wobei elektrische Leitungen 15, 16 diese eingangsseitige elektrische Leistung von den Klemmen A, B an entgegengesetzte Seiten oder Oberflächen des PTC-Heizelementes 14 bringen. Vorzugsweise eine Oberfläche des PTC-Heizelementes 14 steht in Verbindung mit einem elektrisch leitenden Metallplättchen 17, das als Anschlußpunkt der Leitung 15 sowohl an das PTC-Heizelement als auch an den Thermostaten 13 dient und das

sowohl der elektrischen Verbindung als auch dem Wärmeübergang zwischen beiden Komponenten dient. Die andere Oberfläche des PTC-Heizelementes 14 wird von drei abstehenden Vorsprüngen oder Höckern 18 getragen, die in der gegenüberliegenden Oberfläche des Stahlbarrens 11 ausgebildet sind. Die Hocker 18 stellen einen wirksamen elektrischen Kontakt mit dem Stahlbarren 11 sicher, an den zweckmäßig der Anschluß 16 angebracht ist; vorzugsweise beträgt die Höhe der Hocker 18 nur ungefähr 0,25 Ms 0,5 mm (0,001 bis 0,002 inch), gerechnet von der Barrenoberfläche aus, so daß noch ein wirksamer Wärmeübergang zwischen dem PTC-Heizelement und dem Stahlbarren vorhanden ist. Darüber hinaus kann, falls es gewünscht ist, eine bestimmte Menge von Wärmefett 19 System Wakefield zwischen dem Stahlbarren-Speicher 11 und dem PTC-Heizelement 14 verwendet werden, um den Wärmeübergang dazwischen zu ergänzen. Alternativ dazu können das PTC-Heizelement 14 und die Speichereinrichtung mittels eines elektrisch und thermisch leitenden Epoxydes miteinander verklebt sein, so daß auf diese Weise ein guter elektrischer und thermischer Übergang zwischen beiden Komponenten sichergestellt ist. Die Speichereinrichtung 11, die Ausgangseinrichtung 13 und das PTC-Heizelement 14 sind in einem hohlzylindrischen Behälter 20 mittels eines Trägers aus geformtem Phenol, der sich von der Spitze des Behälters in das Innere hineinerstreckt, aufgehängt. Der Träger 21 weist vorzugsweise ein Paar von rechtwinklig ausgerichteten ebenen Schenkeln 23_t 24 auf, von denen erstere länger als die letzteren sind, wobei die Schenkel in bestimmter Weise geschnitten sind, um eine Konfiguration 25 mit gestuften Ausnehmungen zu bilden, die die Speichereinrichtung 11, die Ausgangseinrichtung 13 und das PTC-Heizelement aufnimmt und im hängenden Zustand innerhalb des Behälters 20 hält. Ein Paar von Reibclips 26

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(friction retaining clips), angebracht an den Stutzen 27 des längeren Schenkels 23, halten die Elemente 11, 13 und 14 in der gestuften Ausnehmung 25 und eine Feder 28, die zwischen der Kopfwand 29 der Ausnehmung 25 und einem Abstandsblock 30, der in Stoßverbindung mit der Ausgangseinrichtung 13 steht, zusammengedrückt ist, preßt die Elemente 11, 13, 14, 17 und 18 im Sinne einer guten gegenseitigen Stoßverbindung aneinander, um eine wirksame thermische und elektrische Kopplung zwischen den Elementen sicherzustellen. Die Federkraft der Feder 28 kann z.B. im Bereich von 2,2 kg (4 pounds) liegen, um den notwendigen Kontaktdruck zwischen den Elementen aufzubringen, ohne daß die Reib-RUckhalteclips 26 außer Eingriff kommen, und der Abstandshalter 30 ist zweckmäßig so ausgelegt, daß er eine Bewegungsfreiheit der Kontakte 13a, 13"b der Ausgangseinrichtung ermöglicht.

Die thermisch isolierende Umgebung 12 besteht vorzugsweise aus einem Silicaaerogel-WärmeisolationspuD-ver, das vorzugsweise vollständig den Rest des Behälters 20 ausfüllt, wenngleich auch in Fig. 2 ein Teil der das isolierende -Pulver darstellenden Schraffur zum Zwecke der Klarheit nicht gezeigt ist. Der Behälter 20 kann aus einem elektrisch leitfähigen, aber auch aus einem nicht-leitenden Material, beispielsweise aus einem metallischen Material oder aus einem plastikähnlichen Material bestehen, und die wesentliche Funktion des Behälters 20 besteht darin, das isolierende Pulver aufzunehmen sowie die Speichereinrichtung 11, die Ausgangseinrichtung und das PTC-Heizelement 14, die sich eingetaucht in der isolierenden Umgebung befinden, zu verankern. Die Verwendung eines plastikähnlichen Behälters hat jedoch zwei hervorstechende Vorteile gegenüber einem Metallbehälter. Zunächst

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addiert sich die verringerte Wärmeleitfähigkeit zu der thermischen Isolation der Speichereinrichtung 11 und zweitens erleichtert die Eigenschaft der elektrischen Isolierung das Anbringen der Durchführungen in dem Behälterdeckel 22, und zwar was die eingangsseitigen Leistungsanschlüsse A, B und die Anschlüsse des Ausgangskreises, wiederum A, und den Anschluß C zu den internen elektrischen Leitungen 15, 16, 31 anbelangt.

Die Thermostat-Ausgangseinrichtung 13 kann ein konventioneller Sprungscheiben-Thermostat (snap disc thermostat) sein, der ein Paar von normalerweise offenen Kontakten 13a, 13b aufweist. Steigt die Temperatur der Thermostat-Ausgangseinrichtung 13 an, z.B. auf 58⁰C (135⁰F), dann schließen- sich die Kontakte 13a, 13b durch eine entsprechende Aktion der Sprungscheibe, um zwischen den Leitungen 31 und 15 über die Sprungverbindung 32 einen elektrischen Kreis zu schließen. Falls erwünscht, kann eine einstellbare Thermostat-Ausgangseinrichtung 13'» wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, verwendet werden, um die von der wärmeabhängigen Zeitgebereinrichtung 10 angebotene Zeitdauer- einstellen zu können. Indem man die Schraube 33 gemäß Fig. 4 einstellt, läßt sich die Vorspannung der Kontakte 13a und 13b verändern, so daß auf diese Weise die Temperatur verändert wird, bei der die Kontakte schalten.

Wird der wärmeabhängige Zeitgeber 10 in Betrieb genommen, so sind die Kontakte 13a, 13b anfänglich offen, obwohl es in einigen Fällen erwünscht sein kann, daß diese Kontakte normalerweise geschlossen sind, und es wird elektrische Leistung an die Eingangsklemmen A, B angelegt, wodurch das PTC-Heizelement 14 angeheizt v/ird. Das PTC-Heizelement ist aus Bariumtitanat oder einem ähnlichen Material ausgebildet, das sich

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aufgrund eines angelegten elektrischen Eingangssignals aufheizt und der Widerstand des PTC-Heizelementes steigt .in dem Maße an, wie seine Temperatur ansteigt. Das PTC-Heizelement hat daher eine Curie-Temperatur, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von ungefähr 154⁰C (32O⁰F) und die übliche, sich selbst begrenzende maximale Arbeitstemperatur eines PTC-Heizelementes mit einer derartigen Curie-Temperatur liegt in der Größenordnung von ungefähr 175⁰C (350⁰F).

Nachdem ein PTC-Heizelement ein elektrisches Eingangssignal aufnimmt, heizt es sich zunächst in seiner Mittelebene auf die Maximaltemperatur auf. Da jedoch die untere Seite des PTC-Heizplättchens 14, wie in Fig. 2 dargestellt, mit dem Stahlbarren-Speicher 11 wärmeleitend verbunden ist,- verschiebt sich in dem PTC-Heizplättchen 14 die Ebene mit der maximalen Temperatur, wodurch die maximale Aufheizung mehr in der Umgebung der nicht-wärmeleitfähig verbundenen Oberfläche auftritt, d.h. in der oberen Oberfläche gemäß Fig. 2. Aus diesem Grunde wird kurz, nachdem das elektrische Eingangssignal an das PTC-Heizelement 14 angelegt ist, sich seine obere Oberfläche ausreichend aufheizen, damit sich die Kontakte 13a und 13b in der Thermostat-Ausgangseinrichtung 13 von der Schließung des Stromkreises zwischen den Anschlüssen A, C schließen können.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der von einer Umgebungstemperatur in der Größenordnung von 27°C (80⁰F) ausgegangen wird, wird ein PTC-Heizelement von ungefähr 22 mm Durchmesser und 1,5 mm Dicke innerhalb 1 bis 15 Sekunden ausreichend aufgeheizt, um ein sprungartiges Schließen der Kontakte 13a, 13b in der Sprungscheiben-Thermostat-Ausgangs-

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einrichtung 13 zu bewirken, wobei das Schließen der Kontakte auftritt, wenn die Sprungscheibe eine Temperatur von ungefähr 58°C (135⁰F) annimmt. Wenn das PTC-Heizelement 14 weiterhin aufgeheizt wird, gibt es Wärmeenergie an die Stahlbarren-Speichereinrichtung 11 ab, wobei gleichzeitig eine bestimmte Wärmemenge, die sowohl in dem Stahlbarrenspeicher gespeichert als auch von dem PTC-Heizelement erzeugt wird, durch die thermisch isolierende Umgebung 12 an die Umgebung mit der niedrigeren Raumtemperatur abgegeben wird.

Wenn die elektrische Energiezufuhr an das PTC-Heizelement 14 beendet wird, wird v/eiterhin Wärme, die in der Stahlbarren-Speiehereinrichtung 11 gespeichert ist, durch die thermisch isolierende Umgebung 12 hindurch an die Raumumgebung gegeben, mit der Tendenz, die Temperatur der Speichereinrichtung an die Umgebungstemperatur anzugleichen. Die Kontakte 13a, 13b in der Ausgangseinrichtung 13 bleiben jedoch solange geschlossen, bis die Temperatur der Speichereinrichtung 11 und damit auch die der Thermostat-Ausgangseinrichtung 13 unterhalb des Arbeitspunktes der Sprungscheibe, sagen wir 58°C (135⁰F) in der bevorzugten Ausführungsform fällt, worauf die Kontakte 13a und 13b den Stromkreis zwischen den Klemmen A und C öffnen.

Die Zeitdauer, die notwendig ist, daß sich die Kontakte 13a und 13b öffnen, nachdem das elektrische Eingangssignal an das PTC-Heizelement 14 beendet wurde, hängt ab von der Wärmeenergie-Verlustrate oder Wärmeabgaberate "bzw. dem entsprechenden Beiwert der Speichereinrichtung 11 an die Umgebung. Entsprechend ist die Dauer, in der die Kontakte nach Wegnahme des elektrischen Eingangssignales an das PTC-Heizelement geschlossen blei-

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ben, variabel mit der thermischen Speicherkapazität der Speichereinrichtung 11, dem Wärmeisolationswert der wärmeisolierenden Umgebung 12, der Größe der verschiedenen Elemente in der wärmeabhängigen Zeitgebereinrichtung 10, im speziellen der Größe des Behälters 20 usw.. Für eine gegebene Größe der Wärmespeichereihrichtung 11, der Aus gangs einrichtung 13 und des PTC-Heizelementes 14, kann eine optimale Größe für den Behälter 20 und die darin befindliche Silicaaerogel-Isolation 12 bestimmt werden, um für eine maximale Zeitdauer den Kontaktschluß, nachdem die elektrische Eingangsenergie von den Klemmen A, B weggenommen wird, aufrechtzuerhalten« Diese maximale Größe kann experimentell oder mathematisch bestimmt werden unter Berücksichtigung des Umstandes, daß der Punkt der optimalen Isolationsdicke erreicht ist, wenn durch eine geringere Isolation die Wärmeverlustrate zu groß wird, eine größere Dicke jedoch andererseits den Oberflächenbereich des Containers und somit die von ihm abgegebene Wärmeverlustrate ansteigen läßt.

Es ist verständlich, daß, wenngleich die wärmeabhängige Zeitgebereinrichtung 10 in einfacher Form beschrieben ist, bei der ein einzelnes Paar von Kontakten 13a, 13b,kurz nachdem ein elektrisches Eingangssignal an die Eingangsklemmen A, B angelegt ist, geschlossen werden, wobei diese Kontakte für eine bestimmte Zeitdauer nach Entfernung dieser elektrischen Energie geschlossen bleiben, durch eine Änderung der Zahl der Kontakte in der Ausgangseinrichtung 13, durch die Temperaturen, bei der ein oder mehrere Sätze dieser Kontakte von dem offenen oder geschlossenen Zustand in den entgegengesetzten Zustand umschaltet, usw., kompliziertere, nichtsdestotrotz

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ähnliche wärmeabhängige Zeitgeber, die im Rahmen der Erfindung liegen, aufgebaut v/erden können. Es ist weiterhin verständlich, daß,indem man eine Thermostat-Ausgangseinrichtung auswählt, die bei einer Temperatur, sagen wir 58⁰C (135⁰F), die beachtlich über der normalen Raumtemperatur liegt, der Schaltpunkt der Ausgangseinrichtung 13 und damit das Zeitintervall des ■wärmeabhängigen Zeitgebers relativ unempfindlich in Bezug auf die Raumtemperatur gemacht werden kann» Wie bereits vorher im Zusammenhang mit der Fig. 4 erwähnt wurde, kann die von dem wärmeabhängigen Zeitgeber vorgegebene Zeitdauer verändert werden, indem man die Ausgangseinrichtung 13' einstellbar macht_f und eine solche Veränderung kann ebenfalls unter Verwendung eines einstellbaren Wärmenebenschlusses, beispielsweise in Form eines wärmeleitfähigen Stabes 34, der sich über eine enge Öffnung in dem Behälter von der Speichereinrichtung 11 hinweg- bzw. auf diese hinzubewegen läßt zwecks Änderung des Wärmeverlustes der Speichereinrichtung, hergestellt werden. Die Einstellung der Zeitdauer läßt sich ebenso durch eine Veränderung der Masse der Wärmespeichereinrichtung 11 bewirken.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der wärmeabhängige Zeitgeber einen zylindrischen Kunststoffbehälter mit einem Durchmesser von 5,5 cm (2,2 inch) und eine Länge von 7,5 cm (3 inches), einen zylindrischen Stahlbarren-Speicher mit einem Durchmesser und- einer axialen Länge von 2,2 cm (0,875 inch), ein PTC-Heizplättchen mit einem Durchmesser von 2,2 cm (0,875 inch) und einer Dicke von 1,5 mm, einen mittels einer Sprungscheibe arbeitenden Thermostaten als Ausgangseinrichtung, dessen Kontakte bei 58⁰C (135°F) schließen und eine Silicaaerogelisolation, auf, wobei diese Ausführungsform bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 27⁰C (8O⁰F) getestet

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wurde. In getrennten Tests wurde das PTC-Heizelement für 2, 3, 4, 10 und 15 Minuten mit 120 Volt Wechselspannung beaufschlagt. Bei jedem Test schlossen die ausgangsseitigen Kontakte innerhalb 1 bis 15 Sekunden,nachdem das PTC-Heizelement angeschaltet wurde und die Ausschaltzeit, bei der die Kontakte geöffnet wurden, nachdem das elektrische Eingangssignal von dein Eingang des PTC-Heizelementes weggenommen wurde, d.h. das Zeitintervall betrug 32, 38, 43, 46 sowie ebenfalls 46 Minuten entsprechend den vorgenannten Aufheizzeiten. Daraus ist ersichtlich, daß die maximale Abschaltzeit um 46 Minuten liegt, wobei die kürzeste Abschaltzeit um 30 bis 32 Minuten liegt. Es wurde weiterhin gefunden, daß die zeitlich gesteuerte Dauer der Abschaltzeit, bei der die Kontakte öffnen, für einen jeweiligen Anstieg in der Umgebungstemperatur von ungefähr 4⁰C (4°F) ungefähr nur um 1 Minute zunimmt, wobei eine ähnliche Verminderung in der Abschaltzeit bei einer entsprechenden Reduzierung der Umgebungstemperatur auftritt.

Bei der Darstellung in Fig. 3 ist die wärmeempfindliche Zeitgebereinrichtung 10 in einer üblichen Herdanlage 40, die eine glatte Kochplatte aufweist, angeordnet. Der Herd 40 hat eine relativ feste, nicht durchbrochene Kochplatte 41, unterhalb der das schematisch gezeigte Heizelement 42, das elektrisch oder durch Gas betrieben werden kann, angeordnet ist, um den unmittelbar darüber befindlichen Bereich 43 aufzuheizen. Obgleich der Herd 40 in Fig. 3 nur mit einem einzigen Heizelement 42 dargestellt ist, ist es verständlich, daß eine Vielzahl von solchen Heizelementen vorgesehen sein kann, die andere spezifische Bereiche der Kochplatte 41 erhitzen. Ein an der Frontseite des Herdes 40 befindlicher Steuerknopf 44

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ist zur Einstellung bzw. Steuerung der nicht gezeigten elektrischen oder Gasversorgung zu dem Heizelement 42 vorgesehen, wobei diese Energiewirkverbindung schematisch durch die Verbindungslinie 45 dargestellt ist. Eine weitere von dem Steuerknopf 44 ausgehende Verbindung ist die Linie 46, die das Schließen eines Schalters 47 zwecks Anlegen einer Versorgungswechselspannung von den Versorgungsanschlußklemmen 48, 49, die einen konventionellen elektrischen Stecker darstellen können, an die Eingangsanschlüsse A, B des wärmeabhängigen Zeitgebers 10 versinnbildlicht. Auf der Rückseite des Herdes befindet sich ein übliches Spritz-Schutzblech 50,innerhalb dessen eine Warnleuchte 51 angeordnet ist. Diese Warnleuchte 51 wird durch den wärmeabhängigen Zeitgeber 10 angeschaltet, um anzuzeigen, daß ein Bereich der Kochplatte 41 heiß ist.

Vorzugsweise wird nur eine einzige wärmeabhängige Zeitgebereinrichtung 10 für einen Herd verwendet, der ein oder mehrere Heizelemente aufweist (die derzeitigen Herde haben meist vier Heizelemente) und der Schalter 47 wird zwecks Anlegen einer eingangsseitigen elektrischen Leistung an den wärmeabhängigen

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Zeitgeber/dann geschlossen, wenn einer der Herdsteuerknöpfe in eine EIN-Stellung eingestellt wurde. Ganz entsprechend wird zweckmäßig nur eine einzige Warnleuchte 51 verwendet, um anzuzeigen, daß mindestens eine der verschiedenen Kochplattenflächen heiß ist. Es ist jedoch, falls erwünscht, möglich, daß für jedes Heizelement des Herdes 40 ein entsprechender wärmeabhängiger Zeitgeber 10 bzw. eine entsprechende Warnleuchte 51 vorgesehen sein kann, um auf diese Weise erkennbar zu machen, welche spezifische Fläche der Kochplatte momentan heiß ist. Die Warnleuchte 51 ist normalerweise eine ge-.trennte Leuchte neben der üblichen Signalkontrolleuchte, die

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verwendet wird, um anzuzeigen, welches der Heizelemente des Herdes mit einer glatten Kochplatte angeschaltet ist, wenngleich auch die Warnleuchte und die betreffende Signalkontrolleuchte bzw. Leuchten gleichzeitig angeschaltet werden können. .

Es soll nun die Wirkungsweise der wärmeabhängigen Zeitgebereinrichtung 10 in dem Herd 40 gemäß Fig. 3 erläutert werden. Nach der Anschaltung des Heizelementes 42 durch eine entsprechende Einstellung des Steuerknopfes 44, wird der Schalter 47 geschlossen, wodurch an den Eingang des PTC-Heizelementes 14 elektrische Leistung angelegt wird. Etwa einige Sekunden nach dem Anlegen dieser Leistung schließen sich die Kontakte 13a, 13b und schalten die Warnleuchte 51 an, um damit anzuzeigen, daß ein Bereich der Kochplatte 41 heiß ist und nicht ohne Gefahr berührt werden kann. Wird der Steuerknopf 44 ausgeschaltet, und wird "weiterhin angenommen, daß alle anderen Steuerknöpfe bzw. Heizelemente des Herdes 40 ausgeschaltet sind, dann öffnet sich der Schalter 47, jedoch bleiben die Kontakte 13a, 13b weiterhin geschlossen, sie haben -weiterhin ein Ausgangssignal und der die Warnleuchte 51 speisende Versorgungskreis bleibt weiterhin aufrechterhalten. Mit dem Ablauf des zeitlich gesteuerten Intervalles des wärmeabhängigen Zeitgebers 10, d.h. dann, wenn eine bestimmte Wärmemenge von der Speichereinrichtung 11 abgegeben worden ist und ihre Temperatur sowie die der Ausgangseinrichtung 13 · unterhalb 58⁰C (135⁰F) beispielsweise abgesunken ist, dann werden sich die Kontakte 13a, 13b öffnen und die Warnleuchte 51 abschalten. Die erwähnte Zeitdauer wird natürlich ausgewählt und die verschiedenen Parameter der Ze it geber einrichtung 10 werden entsprechend gewählt., um sicherzustellen, daß die

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Warnleuchte 51 solange angeschaltet bleibt, bis die Temperatur der Kochplatte 41, auch wenn sie bis auf eine Maximaltemperatur aufgeheizt worden war, sich auf eine sichere Temperatur abgekühlt hat.

Wie bereits vorher erwähnt, ist es möglich, daß der wärmeabhängige Zeitgeber gemäß der Erfindung dazu verwendet werden kann, daß er kompliziertere Sehaltfunktionen als das Schalten einer einzigen Warnleuchte in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur des PTC-Heizelementes und der Wärmespeichereinrichtung durchführen kann. Weiterhin kann die wärmeabhängige Zeitgebereinrichtung bei anderen Anwendungen benutzt v/erden, und zwar immer dann, wenn eine Sehaltfunktion oder ein anderes deutlich erkennbares Ausgangssignal in Bezug auf eine Zeitfunktion notv/endig ist.

Es wurde ein wärmeabhängiger Zeitgeber beschrieben, der ein zeitlich gesteuertes Zeitintervall-Ausgangssignal als Antwort auf ein thermisches Eingangssignal an.eine Wärmespeichereinrichtung und den Wärmeenergieverlustbeiwert dieses Speichers erzeugt. Die Speichereinrichtung ist vorzugsweise ein Metallbarren, der innerhalb eines isolierenden Pulvers, das aus Silicaaerogel besteht, untergebracht ist, wobei das Wärmeeingangssignal von einem elektrisch angeschalteten PTC-Heizelement zur Verfugung gestellt wird. Eine Thermostat-Ausgangseinrichtung überwacht die Temperatur des Heizelementes und der Speichereinrichtung und bewirkt ein erkennbares Ausgangssignal, z.B. durch Schließen oder Öffnen eines elektrischen Kreises in Abhängigkeit von der überwachten Temperatur. Der wärmeabhängige Zeitgeber kann bei einer Herdanlage oder dergl. dazu benutzt werden, während der Abkühlphase der Herdanlage ein Warnsignal zu erzeugen.

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Claims

264227? Patentansprüche

1. Wärmeabhängiger Zeitgeber, gekennzeichnet durch Speichermittel zum Speichern von Wärmeenergie in einer thermisch isolierten Umgebung, die eine vorbestimrnte Wärmeenergie-Verlustrate aufweisen, Zuführmittel zwecks Zuführung von Wärmeenergie an die Speichermittel zwecks Änderung der Temperatur der letzteren von einem zu einem anderen Wert« und durch wärmeempfindliche Ausgangsmittel zwecks Erzeugen eines erkennbaren Ausgangssignals in Abhängigkeit von ihrer Temperatur, wobei die Ausgangsmittel derart im Verhältnis zu den Zuführmitteln angeordnet sind, daß sie prompt nach dem Anschalten der Versorgungsmittel dieses erkennbare Ausgangssignal erzeugen und wobei diese Ausgangsmittel so in Bezug auf die Speichermittel angeordnet sind, daß sie ein erkennbares Ausgangssignal in Abhängigkeit von und als Kennzeichen der Temperatur der Speichermittel erzeugen, nachdem die Versorgungsmittel die Zufuhr von Wärmeenergie drosseln, wobei die Dauer der Aufrechterhaltung des unterscheidbaren Ausgangssignals nach Beendigung der Wärmeenergiezufuhr an die Speichermittel durch die Zuführmittel proportional der Wärmeverlustrate ist.

2. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel durch eine Metallmasse gebildet werden.

3. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmasse aus einem Stahlbarren besteht.

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4. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel
temperaturempfindliche Kontakte aufweisen.

5. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierte Umgebung eine Wärmeisolation sowie weiterhin Behältermittel zur Aufnahme der Wärmeisolierung und zum Haltern der Speichermittel und der Ausgangsmittel im Behälter aufweist.

6. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsmittel Heizmittel zum Aufheizen der Speichermittel und der Ausgangsmittel in Abhängigkeit
von einem elektrischen Eingangssignal aufweisen.

7. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel vorgesehen sind, die die
Speichermittel, die Versorgungsmittel und die Ausgangsmittel in einer sandwichartigen Weise aufeinanderpressen, um den
Wärmeübergang zwischen den Mitteln zu gewährleisten.

8. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Behältermittel aus einem zylindrischen
Behälter bestehen und daß die Speichermittel aus einer
zylindrischen Metallmasse bestehen.

9. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsmittel ein elektrisches Heizelement aufweisen, die Ausgangsmittel einen temperaturempfindlichen Kontakt aufweisen und daß ferner elektrische Mittel vorgesehen sind, zwecks Verbindung des Heizelementes

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mit einer externen Versorgungsquelle und zwecks Verbindung der temperaturempfindlichen Kontakte mit einem externen elektrischen Kreis zwecks Steuerung dieses Kreises.

10. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem PTC-Heizelement besteht.

11. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das PTC-Heizelement zwei entgegengesetzte Oberflächen aufweist_f von denen eine in Wärmeverbindung mit der Metallmasse und die andere in Wärmeverbindung mit den Ausgangsmitteln steht.

12. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Begünstigen der Wärmekopplung zwischen dem PTC-Heizelement, der Metallmasse und den Ausgangsmitteln vorgesehen sind, wobei diese Mittel eine entsprechende thermisch leitende Metallstruktur sowie wärmeleitendes Fett zwischen den Ausgangsmitteln und dem PTC-Heizelement und zwischen dem PTC-Heizelement und der Metallmasse aufweisen.

13. Wärme abhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsraittel ein elektrisches Heizelement aufweisen sowie Mittel zum Ankoppeln des Heizelementes an ein elektrisches Eingangssignal.

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14. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein PTC-Heizelemeiit ist.

15. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Umgebung aus Silicaaerogel besteht.

16. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der Zeitgebereinrichtung zwecks Veränderung der Zeitdauer, in der das unterscheidbare Ausgangssignal erzeugt wird.

17. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindlichen Ausgangsmittel eine Vielzahl von Ausgangszuständen aufv/eisen so\'/ie Mittel enthalten, die auf die Temperatur der Versorgungsmittel und der Speichermittel ansprechen^ um automatisch einen Ausgangszustand zu erzeugen, wenn die Temperat\ir von beiden unterhalb einer vorbestimmten Temperatur ist und die automatisch einen anderen Ausgangszustand erzeugen, wenn die Temperatur von mindestens einem der Versorgungsmittel und der Speichermittel oberhalb der vorbestimmten Temperatur ist.

18. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der vorbestimmten Temperatur, auf die die Ausgangsmittel ansprechen, zwecks Erzeugen von verschiedenen Ausgangszuständen.

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19. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der Wärmeverlustrate.

20. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Kopplung der Versorgungsmittel in einer Anlage derart, daß sie Wärmeenergie an die Speichermittel nach dem Anschalten der Anlage abgeben.

21. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgangsmittel einen Thermostat
aufweisen, der auf die Temperatur der Speichermittel anspricht und gekennzeichnet durch eine Warnanzeige, die
von dem Thermostaten angeschaltet wird zwecks Erzeugung
eines Ausgangssignales zumindest kurz nach dem Anschalten der Anlage und für eine Dauer nach dem Abschalten der Anlage, abhängig von der Temperatur und der Wärmeverlustrate der thermisch isolierten Umgebung.

22. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anlage aus einem Herd mit einer
glatten Herdplatte besteht und die Dauer im wesentlichen gleich der Zeit ist, die notwendig ist, daß eine heiße
Fläche der Herdplatte auf eine sichere Temperatur abkühlt.

23. Wärmeabhängiger Zeitgeber nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung aus einem Wärmeisolationspulver besteht.

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