DE69505884T2

DE69505884T2 - Geräte mit Widerstandselemeten und Temperaturschutzvorrichtung zum Gebrauch dafür

Info

Publication number: DE69505884T2
Application number: DE69505884T
Authority: DE
Inventors: Henry A. Lincoln Ri 02865 Langlois; Lee C. Cranston Ri 02905 Martin; Edward J. North Attleboro Ma 02760 Ouillette; Geoffry S. Franklin Ma 02038 Reno
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2015-05-03
Also published as: EP0684623A1; JPH07326268A; EP0684623B1; DE69505884D1; US5489762A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen mit Widerstandsheizelementen und thermische Schutzvorrichtungen, die bei solchen Vorrichtungen verwendet werden und insbesondere auf thermische Schutzvorrichtungen mit Thermostat-Scheiben, die von einer einen Schaltkreis schließenden Position zu einer einen Schaltkreis öffnenden Position bewegbar sind, wenn eine vorherbestimmte erhöhte Temperatur erreicht wird, um dadurch eine Vorrichtung mit einem mit elektrischer Energie versorgbaren Heizelement von der Energiequelle abzutrennen.
Vorrichtungen wie Kaffeemaschinen, Dampfkocher, Dampfbügeleisen und dergleichen besitzen typischerweise ein ummanteltes Heizelement mit einem relativ steifen Anschlußstift an einem Ende. Der Leitungsstrom ist über einen Ein-/Aus-Schalter mit einem thermisch mit dem Heizelement gekoppelten Thermostat verbunden und wiederum mit dem Heizelement verbunden, so daß die Energiezufuhr zum Heizelement zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, um die Temperatur des Heizelements innerhalb ausgewählter oberer und unterer Grenzen zu halten.
Sicherheitserwägungen erfordern es, daß ein Notausschaltmechanismus vorgesehen wird, um das Heizelement in dem Fall von der Energiequelle zu trennen, daß der Thermostat versagt, um einem Hochlaufen mit gleichzeitig zu hohen Temperaturen und der Möglichkeit der Auslösung eines Feuers vorzubeugen. Üblicherweise ist bei einer Kaffeemaschine zum Beispiel eine Schmelzsicherung in Reihe mit jeder Seite der Leitungen der Stromquelle, das heißt sowohl mit der "heißen" als auch der neutralen Seite, verbunden. Jede Schmelzsicherung ist in eine elektrisch isolierende Hülle eingesetzt und in dichtem thermischen Kontakt zum ummantelten Heizelement mittels einer Klammer gehalten. Obwohl dieses als Sicherheitsnotmechanismus wirksam sein kann, erfordert es das Hinzufügen mehrerer Komponenten und Zusammenbauoperationen.
US-A 5 268 664, auf die sich der Oberbegriff des Anspruchs 1 bezieht, offenbart einen Thermostat, der so entworfen ist, daß er auf die Umgebungstemperatur um ihn herum reagiert, wobei er einen Metallbecher und einen Metalldeckel umfaßt, zwischen denen ein bimetallisches Element wirkt. Der Deckel ist um Flansche an den Seiten des Bechers gewickelt, wobei eine isolierende Schicht zwischen ihnen liegt. Anhangstücke, die als elektrische Anschlüsse dienen, erstrecken sich von einem Ende des Bechers und dem anderen Ende des Deckels.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein thermisches Sicherheitssystem für Vorrichtungen mit Widerstandsheizelementen zu schaffen, das weniger Bauteile und Zusammenbauoperationen erfordert als gegenwärtig beim Stand der Technik verwendet werden. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer thermischen Schutzvorrichtung, die insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit ummantelten Heizelementen ausgebildet ist, um die Heizelemente von der Energieversorgung zu trennen, wenn die Temperatur der Heizelemente auf ein vorherbestimmtes Niveau ansteigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer thermischen Schutzvorrichtung, die eine verbesserte an das ummantelte Heizelement gekoppelte Wärme aufweist, um deren Reaktion auf Übertemperaturbedingungen zu optimieren. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer thermischen Schutzvorrichtung des Typs, der als nichtrücksetzbare oder "one-shot"- Vorrichtung funktioniert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer automatisch zurücksetzbaren thermischen Schutzvorrichtung mit einer verbesserten Wärmekopplung an eine mit elektrischer Energie versorgbare Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung schafft eine thermische Schutzvorrichtung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die entlang einer Länge angeordnet sind, einer ausgewählten Breite, einem elektrisch leitfähigen Thermostat-Schnappscheibenelement, das ein erstes und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, einem im großen und ganzen becherförmigen elektrisch leitfähigen Gehäuseelement, das eine Bodenwand und eine Seitenwand aufweist, die sich von der Bodenwand aus nach oben zu einem entfernt liegenden freien Endstück erstreckt, Flanschen, die sich von dem entfernt liegenden freien Endstück seitwärts nach außen erstrecken und eine Befestigungsfläche bilden, einem elektrisch isolierenden Element, das auf der Befestigungsfläche angeordnet ist und in dem eine Öffnung vorgesehen ist, einem elektrisch leitfähigen Gehäusedeckelelement, das über dem becherförmigen Gehäuseelement und elektrisch von diesem isoliert angeordnet ist und eine Breite besitzt, die so gewählt ist, daß sich das Gehäusedeckelelement im großen und ganzen in seiner Breite genauso weit erstreckt wie die in einem Abstand zueinander angeordneten Flansche, wobei ein Ende des Scheibenelements an einem Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuseelement und dem Gehäusedeckelelement bestehenden Gruppe befestigt ist, das zweite Ende des Scheibenelements zwischen einer ersten Position in elektrischem Kontakt zu dem anderen Element der aus dem becherförmigen Gehäuselement und dem Gehäusedeckelelement bestehenden Gruppe und einer zweiten Position ohne Kontakt zu dem anderen Element bewegbar ist und sich ein Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuseelement und dem Gehäusedeckelelement bestehenden Gruppe entlang der Länge der Schutzvorrichtung über das andere Element aus der Gruppe hinaus erstreckt, um eine Schweißplatte zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die über das andere Element hinausgehende Erstreckung des einen Elements gebildete Schweißplatte eine Breite aufweist, die sich im wesentlichen genauso weit erstreckt wie die Breite der Schutzvorrichtung.
Die Schweißplatte erstreckt sich vorzugsweise aus einem Ende der thermischen Schutzvorrichtung über das andere Gehäuseelement entlang der Länge der thermischen Schutzvorrichtung um einen Abstand heraus, der wenigstens so groß ist wie der Radius des größten Anschlußstifts, an den diese geschweißt werden soll. Zu den Vorrichtungen, bei denen die thermische Schutzvorrichtung verwendet werden kann, gehören ummantelte Heizelemente mit einem relativ starren Anschlußstift an jedem Ende des Heizelements. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Längsachse des freien Endes einer der Anschlußstifte auf der Schweißplatte so angeordnet, daß sie sich in Querrichtung parallel zum Ende der thermischen Schutzvorrichtung entlang im wesentlichen der gesamten Breite der Schweißplatte erstreckt und ist an diese so geschweißt, daß ein steifer Träger zur Befestigung der thermischen Schutzvorrichtung geschaffen wird und die thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und der thermischen Schutzvorrichtung optimiert wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Ansatzstück an der Schweißplatte vorgesehen, das sich nach oben entlang einer Seite derselben erstreckt, um als Anschlag zur Positionierung des Anschlußstifts während des Schweißens zu dienen.
Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung weist das Schnappscheibenelement eine Einstell- oder Auslösetemperatur von ungefähr 70 bis 175ºC auf, bei der es von einer an einem Kontakt angreifenden Position zu einer nicht an einem Kontakt angreifenden Position herüberschnappt, und eine Rücksetztemperatur von weniger als -35ºC, um in seine ursprüngliche Anordnung zurückzuschnappen, so daß es während des Betriebs als nichtrücksetzbare oder "one-shot"-Scheibe fungiert. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Thermostat-Scheibe aus mehreren miteinander verbundenen Metallschichten gebildet, wobei eine erste äußere Schicht einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine zweite äußere Schicht einen relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die Schichten einen ähnlichen Elastizitätsmodul aufweisen und die zweite äußere Schicht aus aushärtbarem rostfreien Stahl besteht.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Scheibe so gewählt, daß sie eine höhere Rücksetztemperatur aufweist, so daß, wenn es erwünscht ist, die Vorrichtung verwendet werden kann, um das zyklische Ein- und Ausschalten einer elektrischen Vorrichtung zwischen ausgewählten maximalen und minimalen Temperaturgrenzen zu steuern.
Die thermische Schutzvorrichtung kann in Verbindung mit einer Vorrichtung verwendet werden, die ein elektrisches Heizelement aufweist, das über einen Anschlußstift mit Energie versorgt werden kann, wobei der Anschlußstift einen ausgewählten Durchmesser und eine Längsachse aufweist, so daß ein Anschlußstift an die Schweißplatte geschweißt werden kann, wobei der Stift sich im wesentlichen entlang der gesamten Breite der Platte erstreckt und so orientiert ist, daß die Längsachse des Stifts im allgemeinen parallel zu den Enden der Schutzvorrichtung verläuft, und die Schweißplatte vorzugsweise mit einem Ansatzstück gebildet ist, das sich von der Platte entlang einer Seite derselben aus erstreckt, um als Anschlag für die Positionierung eines Anschlußstifts während des Schweißens zu dienen.
Die Erfindung schafft darüber hinaus eine Vorrichtung, die eine thermische Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt.
Eine solche Vorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen und in ihr kann ein Heizelement angebracht sein, wobei das Heizelement ein erstes Ende und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ende sowie einen starren Anschlußstift aufweist, dessen freies Ende eine Längsachse aufweist, die sich von einem Ende des Heizelements aus erstreckt, wobei elektrische Leitungen zum Zuführen der Leistung zum Heizelement über die thermische Schutzvorrichtung vorgesehen sind, die so eingerichtet ist, daß sie das Heizelement beim Auftreten der ausgewählten erhöhten Temperatur von der Energieversorgung trennt, wobei das freie Ende des Anschlußstifts des Heizelements auf der Schweißplatte empfangen wird und sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Schweißplatte erstreckt, die Längsachse des freien Endes des Anschlußstifts sich parallel zum Ende der Schutzvorrichtung erstreckt, der Anschlußstift an die Schweißplatte geschweißt ist, um einen starren Träger für die Befestigung der thermischen Schutzvorrichtung zu schaffen und die thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und der thermischen Schutzvorrichtung zu optimieren.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Perspektivansicht der Heizanordnung der Vorrichtung, die einen herkömmlichen Sicherheitsausschaltmechanismus aufweist;
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer thermischen Schutzvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2a eine weggebrochene Perspektivansicht der Schutzvorrichtung der Fig. 2, die über einen abgeplatteten Quetschverbinder an den Anschlußstift 32 geschweißt ist;
Fig. 3 einen Graphen der Temperatur gegenüber der Zeit der Schutzvorrichtung der Fig. 2 und des darin verwendeten Thermostats. Der Graph enthält darüber hinaus den Strom des Heizelements gegenüber der Zeit. Die Schutzvorrichtung war an einen Anschluß des Heizelements, wie in der Fig. 2a dargestellt, angeschlossen, und der Thermostat war kurzgeschlossen, um eine Fehlfunktion zu simulieren;
Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer Vorrichtung, bei der eine thermische Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung an einem Anschlußstift eines Heizelements angebracht ist;
Fig. 5 einen der Fig. 3 ähnlichen Graphen des Systems der Fig. 4;
Fig. 6 eine Draufsicht der in der Fig. 4 gezeigten thermischen Schutzvorrichtung, wobei der Boden der dargestellten Schutzvorrichtung in der Fig. 4 nach oben zeigt;
Fig. 7 eine entlang der Linie 7-7 der Fig. 6 genommene Querschnittsansicht;
Fig. 8 eine Bodenansicht der Schutzvorrichtung der Fig. 6 und 7; und
Fig. 9 und 10 Querschnitts- bzw. Unteransichten einer anderen Ausführungsform der Schutzvorrichtung.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung, zum Beispiel eine Kaffeemaschine, durch einen Block 10 mit unterbrochenen Linien dargestellt, die mit einem herkömmlichen Notsicherheitsmechanismus 14 ausgestattet ist. Ein herkömmlicher Ein-/Aus-Schalter 12 ist mit den Leitungen 16, 18 verbunden, wobei die Leitung 16 in Reihe zu einer ersten Schmelzsicherung geschaltet ist, die in eine Hülle 19 aus elektrisch isolierendem Material geschoben ist und in gutem Wärmeübertragungskontakt zu einem ummantelten Heizelement 20 gegen dieses mittels einer Klammer 22 geklemmt ist, die von dem Heizelement aufgenommen wird und an das Wasserrohr 24 angesetzt ist. Die andere Seite der ersten Schmelzsicherung ist über die Leitung 26 mit einem Verbindungselement 28 verbunden, das an dem Anschluß- oder Kaltstift 30 des Heizelements 20 in einer herkömmlichen Weise, zum Beispiel durch Schweißen, angebracht ist. Der Anschluß- oder Kaltstift 32 am anderen Ende des Heizelements 20 weist ein Verbindungselement 34 auf, das mit diesem in der gleichen Weise wie das Verbindungselement 28 verbunden ist, und weist eine Zuleitung 36 auf, die zum Verbindungselement 38 führt, das an dem Anschluß 40 des Thermostaten 42 in herkömmlicher Weise angebracht ist. Der (nicht dargestellte) andere Thermostatanschluß ist mit der Leitung 44 verbunden, die mit einer Seite einer zweiten Schmelzsicherung verbunden ist, die in eine elektrisch isolierende Hülle 46 geschoben ist, wobei die andere Seite der zweiten Schmelzsicherung über die Leitung 18 mit dem Schalter 12 verbunden ist. Die zweite Schmelzsicherung und der Thermostat 42 sind mittels einer Klammer 48 so festgeklemmt, daß sie in guter Wärmeübertragungsbeziehung zum Heizelement 20 und zum Wasserrohr 24 stehen. Eine herkömmliche Lampe 50 ist mit den Verbindungselementen 28, 38 über die Leitungen 52 bzw. 54 verbunden, um eine Anzeige des Zustands der Stromzuführung zu dem Heizelement zu liefern. Das Wasserrohr 24 ist mit dem Wasserversor gungs-/-zuführungsteil der Vorrichtung in einer herkömmlichen Weise verbunden, was nicht dargestellt ist.
Wenn der Vorrichtung über den Schalter 12 Strom zugeführt wird, bringt ein im wesentlichen konstanter durch das Heizelement 20 fließender Strom das Element dazu, sich aufzuheizen, wobei seine Temperatur in wirksamer Weise durch die thermisch wirksame Masse des Wassers in dem System begrenzt wird. Wenn das Wasser in dem System entfernt wird, wird die Temperatur des Elements kontinuierlich steigen, bis die Temperatur des Thermostaten ein bestimmtes Niveau erreicht. Der Thermostat öffnet dann den elektrischen Schaltkreis und ermöglicht es dem Heizelement und dem Wasserrohr, sich auf ein bestimmtes Rückstellniveau abzukühlen, bei dem es den Schaltkreis wieder schließt. Die Anwendung fährt dann zyklisch damit fort, sich innerhalb des vorherbestimmten Temperaturbereichs ein- und auszuschalten, bis die Stromzufuhr durch den Schalter 12 unterbrochen wird. Wenn der Thermostat versagt, wird die Temperatur des Heizelements und der Wasserröhre weiter steigen, bis eine der Schmelzsicherungen ihre Auslöseschwellentemperatur erreicht, bei der sie den Schaltkreis öffnet, um eine Überhitzung zu verhindern.
Wie oben erwähnt, ist es wünschenswert, ein Notsicherheitssystem zu schaffen, das aus weniger Bauteilen besteht und leichter und schneller bei der Vorrichtung zusammengebaut werden kann, wobei es dennoch die Funktion übernimmt, daß die Stromzufuhr zum System innerhalb einer bestimmten Zeitdauer, zum Beispiel 85 Sekunden, in dem Fall gestoppt wird, daß der Thermostat nicht funktioniert und die Temperatur eine vorgewählte obere Grenze überschreitet.
Eine thermische Schutzvorrichtung mit einem thermostatischen Element, das beim Erreichen einer ausgewählten erhöhten Temperatur in eine Anordnung offener Kontakte bewegbar ist und das eine Rücksetztemperatur aufweist, die hinreichend niedrig ist, so daß sie als "one-shot"-Vorrichtung wirkt, kann verwendet werden, um die Schmelzsicherungselemente zu ersetzen, indem sie in eine elektrisch isolierende Hülle gebracht wird und in engem thermischen Kontakt zu dem Heizelement in der gleichen Weise wie die Schmelzsicherungen vorgespannt wird. Jedoch wären auch hier eine Hülle sowie zusätzliche Leitungsmittel immer noch erforderlich.
Man probierte eine thermische Schutzvorrichtung dieser Art aus, ohne eine isolierende Hülle zu verwenden, indem sie direkt an einem der Anschlußstifte des Heizelements angebracht wurde. Es wird nun auf die Fig. 2 Bezug genommen, die eine thermische Schutzvorrichtung 60 zeigt, die ein (nicht dargestelltes) Thermostat-Schnappscheibenelement umfaßt, das innerhalb einer elektrisch leitfähigen Dose 62 angebracht ist und so eingerichtet ist, daß es sich zwischen einer ersten Position, in der es an einem (nicht dargestellten) Deckel angreift, und einer zweiten Position bewegen kann, in der es nicht an dem (nicht dargestellten) Deckel angreift, der an der Dose angebracht ist, jedoch von dieser durch eine elektrisch isolierende Dichtung 64 elektrisch isoliert ist. Die thermische Schutzvorrichtung 60 wurde mittels des Quetschverbinders 66, der an dem Deckel der Schutzvorrichtung 60 angebracht ist und mit diesem aus einem Stück gebildet ist, an dem Anschlußstift 32 angebracht, und an den Stift 32 geschweißt, wie es in der Fig. 2a dargestellt ist, wobei der Verbinder 68 an die Leitung 36 gequetscht wurde, die zum Thermostat 42 führt, wodurch die erste Schmelzsicherung, die zweite Schmelzsicherung, die Hüllen 19 und 46 und die Klammer 22 ersetzt wurden. Die Schutzvorrichtung 60 ist eine sehr effektive Schutzvorrichtung des Typs, wie er in der US- Patentschrift 3 430 177 dargestellt ist, die auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, wobei davon buchstäblich Milliarden hergestellt wurden und als rücksetzbare Vorrichtungen zum Schutz einer großen Vielzahl elektrischer Vorrichtungen vor Übertemperatur und Überstrombedingungen verwendet wurden. Jedoch fand man, daß bei dem Anschweißen an den Anschlußstift 32 die thermische Kopplung für ein wirksames Arbeiten der Schutzvorrichtung als Sicherheitsvorrichtung unzureichend war. Die Ergebnisse bei der Verwendung einer Schutzvorrichtung 60 mit einer Schnappscheibe bei einer Auslöse- oder eingestellten Temperatur von 150ºC sind in der Fig. 3 darge stellt. Die Linie a zeigt die Temperatur des Thermostaten 42 und die Linie b zeigt die Temperatur in der Nähe der Schutzvorrichtung 60, wobei der Thermostat kurzgeschlossen wurde, um eine Fehlfunktion zu simulieren. Ein im wesentlichen konstanter Strom c von ungefähr 8 Ampere führte zum Ansteigen der Temperatur des Thermostaten 42 auf über 450ºC, wobei die Temperatur in der Nähe der Schutzvorrichtung und gleichzeitig die Temperatur der thermostatischen Scheibe nicht auf ein ausreichendes Niveau anstieg, um dem Heizen die Energiezufuhr innerhalb einer ausgewählten Zeitdauer, zum Beispiel von 85 Sekunden, zu entziehen. Bei 117 Sekunden wurde die Energiezufuhr mittels eines Schalters unterbrochen.
Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 10', die derjenigen der Fig. 1 ähnlich ist. Jedoch weist die Vorrichtung 10' einen thermischen Sicherheitsmechanismus 14' auf, der gemäß der Erfindung hergestellt ist. Die Leitung 16' führt von einem Ein-/Aus- Schalter 12 direkt zum Verbindungselement 28, das an dem Anschlußstift 30 angebracht ist, während die Schutzvorrichtung 70 direkt an dem Anschlußstift 32 in einer unten im einzelnen beschriebenen Weise angebracht ist. Die Schutzvorrichtung 70 besitzt einen Quetschverbinder 98, der mit einem Draht 44' verbunden ist, der zu einem Anschluß 41 des Thermostaten 42 führt, während der Anschluß 40 über den Draht 18' mit dem Schalter 12 verbunden ist.
Unter Bezug auf die Fig. 6-8 ist zu erkennen, daß die thermische Schutzvorrichtung 70 aus einem ersten Gehäuseelement 72 und einem zweiten Gehäuseelement 74 gebildet ist, die jeweils aus geeignetem elektrisch leitfähigem Material, zum Beispiel kaltgewalztem Stahl der Sorte AISI Typ 1008, bestehen. AISI ist die Abkürzung für "American Iron and Steel Institute". Die Gehäuseelemente 72 und 74 sind miteinander über eine elektrisch isolierende Dichtung 76 verbunden. Das Gehäuseelement 72 ist allgemein in Form eines Bechers mit einer Bodenwand 78 und einer Seitenwand 80 ausgebildet, die sich von der Bodenwand 78 aus nach oben erstreckt. Um den Rand der Seitenwand 80 ist an deren oberem freien Ende ein Befestigungsflansch 82 angebracht.
Der Befestigungsflansch 82 erstreckt sich in seiner Breite an zwei gegenüberliegenden Seiten bei 84 und ist umgebogen, um das Gehäuseelement 74, das als Deckel zum Schließen einer Schaltkammer dient, und die Dichtung 76 aufzunehmen.
Eine Thermostat-Schnappscheibe 86 besitzt ein erstes Ende, das an einem innen in der Bodenwand 78 gebildeten Vorsprung 88 zum Beispiel durch Anschweißen desselben an den Schweißknopf 90 angebracht ist. Das zweite gegenüberliegende Ende der Scheibe 86 ist mit einem daran geschweißten elektrischen Kontakt versehen, der zu einem stationären elektrischen Kontakt 94 ausgerichtet ist, der an das Gehäusedeckelelement 74 angeschweißt ist und in die Schaltkammer durch ein in der Dichtung 76 gebildetes Fenster hervorsteht. Wenn es gewünscht wird, kann die Bodenwand 78 mit einem innen vorspringenden Stopper 96 gebildet werden, der dazu dient, die Bewegung der Scheibe 86 beim Sichentfernen von dem Kontakt zu begrenzen. Das Thermostat-Scheibenelement 86 ist je nach der Temperatur der Scheibe, was unten näher erläutert werden wird, zwischen einer ersten Position mit elektrischem Kontakt zum Gehäusedeckelelement 74 und einer zweiten Position ohne elektrischen Kontakt zum Gehäusedeckelelement 74 bewegbar.
Ein Quetschverbinder ist an dem Gehäuseelement 72 und aus einem Stück mit diesem an einem Ende der thermischen Schutzvorrichtung angebracht, wobei sich das Gehäusedeckelelement 74 über das Gehäuseelement 72 hinaus entlang der Länge der Schutzvorrichtung um eine ausgewählte Distanz erstreckt und es sich im wesentlichen über die volle Breite des Gehäusedeckelelements 74 erstreckt, um eine Schweißplatte 100 zu bilden. Vorzugsweise ist ein Stück 102 entlang einer Seite der Platte 100 gebildet, das sich nach unten erstreckt und in einer Ebene liegt, die sich im allgemeinen parallel zur Länge der Schutzvorrichtung, das heißt parallel zu einer Linie erstreckt, die sich von einem Ende, an dem der Quetschverbinder 98 sitzt, zu dem gegenüberliegenden Ende, an dem die Schweißplatte 100 sitzt, erstreckt. Das Stück 102 dient während der Herstellung der Schutzvorrichtung als Trennelement, indem es die allgemein flachen Deckelelemente 74 voneinander auf dem Förderband getrennt hält, das die Teile einer Montagevorrichtung zuführt, sowie als Positionierungs- oder Stoppelement zum Positionieren des an die Platte zu schweißenden Anschlußstifts.
Unter Bezug auf die Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Anschlußstift 32, ein relativ steifes Element, auf die Schweißplattform 100 so gesetzt wird, daß die Längsachse des entfernt liegenden Endes des Stifts 32 sich in Querrichtung parallel zum Ende der Schutzvorrichtung erstreckt, wobei sich der Stift im wesentlichen von einer Seite der Schutzvorrichtung zur gegenüberliegenden Seite erstreckt. Der Anschlußstift wird an die Schweißplatte in der in der Fig. 8 in der Gesamtheit durch gestrichelte Linien angezeigten Position geschweißt, um eine optimale Wärmekopplung zur Schutzvorrichtung zu erreichen und einen steifen Träger für die Schutzvorrichtung zu liefern. Der starre Träger hält die Schutzvorrichtung in einer isolierten Position getrennt von den anderen Komponenten, und als Folge davon kann die Schutzvorrichtung verwendet werden, ohne sie in ein elektrisch isolierendes Hüllenelement zu setzen.
Die Heizelemente, mit denen zusammen die Schutzvorrichtung verwendet werden soll, besitzen Anschluß- oder Kaltstifte, deren Anzahl an Gaugeeinheiten von verschiedenen Faktoren wie der Leistung des Heizers in Watt abhängt, jedoch typischerweise in den Bereich zwischen 14 und 18 Gaugeeinheiten fällt, das heißt zwischen Durchmesser von 0,2108 bzw. 0,10668 cm. Die Länge, um die sich die Platte über das Gehäuseelement 72 und die Dichtung 76 hinaus erstreckt, ist vorzugsweise so ausgewählt, daß sie wenigstens dem Radius des größten Anschlußstiftes oder 0,1054 cm entspricht, um das Schweißen des Stiftes an die Platte zu erleichtern.
Eine thermische Schutzvorrichtung wie sie in den Fig. 4 und 6 bis 8 dargestellt ist und eine Scheibe mit einer Auslösetemperatur von ungefähr 150ºC hat, wurde hergestellt und in der gleichen Weise, wie oben in Verbindung mit der Fig. 3 beschrieben, getestet, wobei sich die in der Fig. 5 gezeigten Ergebnisse ergaben. Die Kurve e zeigt die Temperatur des Ther mostaten, die Kurve d zeigt die Temperatur in der Nähe der Schutzvorrichtung 70 und die Kurve f zeigt den Strom durch das System. Es ist zu erkennen, daß bei einem im wesentlichen konstanten Strom von ungefähr 8 Ampere die Temperatur in der Nähe der Schutzvorrichtung das Niveau von 200ºC erreichte, was wiederum die Temperatur der Thermostat-Scheibe auf die Auslösetemperatur von 150ºC in ungefähr 85 Sekunden brachte, wobei dann die Stromzufuhr zu dem System unterbrochen wurde und die Temperatur des Thermostaten nicht wesentlich über 350ºC hinausging.
Die Thermostat-Scheibe 86 kann so ausgewählt werden, daß sie eine Auslöse- oder Einstelltemperatur aufweist, die irgendwo zwischen 70ºC und 175ºC liegt und die, wo es gewünscht ist, den Protektor als nichtrücksetzbare oder "one-shot"-Vorrichtung zu verwenden, eine Rücksetztemperatur aufweisen kann, die nicht größer als -35ºC ist. Vorrichtungen dieser Art können zum Beispiel aus mehreren miteinander verbundenen Metallschichten hergestellt werden, wobei eine erste äußere Schicht einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine zweite äußere Schicht einen relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die Schichten einen ähnlichen Elastizitätsmodul aufweisen und die zweite äußere Schicht aus aushärtbarem rostfreien Stahl besteht, wobei die erste Schicht eine Legierung mit 0,12 bis 0,61 Gewichtsprozenten an Kohlenstoff ist.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform, bei der die Schutzvorrichtung 70' mit einer Schweißplatte 100' versehen ist, die in allem der Platte 100 entspricht, außer daß sie einstückig an das Gehäuseelement 72' angeformt ist, wobei die Seitenwand 80 des Elements sich nach oben von der Bodenwand 78 aus erstreckt, während der Quetschverbinder 98' einstückig am Gehäusedeckelelement 74' angebracht ist. Diese Struktur liefert eine noch direktere thermische Verbindung zwischen dem an die Schweißplatte angeschweißten Anschlußstift und der Thermostat-Scheibe 86.
Obwohl die Scheibe 86 in Form einer Hebelanordnung an der Bodenwand des Gehäuses 72, 72' angebracht dargestellt ist, liegt es innerhalb des Bereichs der Erfindung, die Scheibe an dem Gehäusedeckelelement 74, 74' zu befestigen, wenn das gewünscht ist, und den stationären Kontakt an der Bodenwand 78, 78' anzubringen, wie es auch in der US-Patentschrift 3 430 177 gezeigt ist.
Bei bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine Thermostat-Schnappscheibe zu verwenden, die eine kleinere Differenztemperatur aufweist, das heißt eine, die eine Rücksetztemperatur bei einem ausgewählten Niveau von zum Beispiel 20ºC unterhalb der Auslösetemperatur aufweist, so daß die Schutzvorrichtung automatisch zurückgesetzt wird und der Vorrichtung die Funktion beispielsweise eines Thermostats verleiht.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bestimmten bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Thermische Schutzvorrichtung (70) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die entlang einer Länge angeordnet sind, einer ausgewählten Breite, einem elektrisch leitfähigen Thermostat-Schnappscheibenelement (86), das ein erstes und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, einem im großen und ganzen becherförmigen elektrisch leitfähigen Gehäuseelement (72), das eine Bodenwand (78) und eine Seitenwand (80) aufweist, die sich von der Bodenwand aus nach oben zu einem entfernt liegenden freien Endstück erstreckt, Flanschen (82), die sich von dem entfernt liegenden freien Endstück seitwärts nach außen erstrecken und eine Befestigungsfläche bilden, einem elektrisch isolierenden Element (76), das auf der Befestigungsfläche angeordnet ist und in dem eine Öffnung vorgesehen ist, einem elektrisch leitfähigen Gehäusedeckelelement (74), das über dem becherförmigen Gehäuseelement und elektrisch von diesem isoliert angeordnet ist und eine Breite besitzt, die so gewählt ist, daß sich das Gehäusedeckelelement im großen und ganzen in seiner Breite genauso weit erstreckt wie die in einem Abstand zueinander angeordneten Flansche, wobei ein Ende des Scheibenelements (86) an einem Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuseelement (72) und dem Gehäusedeckelement bestehenden Gruppe befestigt ist (88, 90), das zweite Ende des Scheibenelements zwischen einer ersten Position (94) in elektrischem Kontakt zu dem anderen Element der aus dem becherförmigen Gehäuseelement (72) und dem Gehäusedeckelement bestehenden Gruppe und einer zweiten Position (96) ohne Kontakt zu dem anderen Element bewegbar ist und sich ein Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuselement (72) und dem Gehäusedeckelelement (74) bestehenden Gruppe entlang der Länge der Schutzvorrichtung über das andere Element aus der Gruppe hinaus erstreckt, um eine Schweißplatte (100) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die über das andere Element hinausgehende Erstreckung des einen Elements gebildete Schweißplatte eine Breite aufweist, die sich im wesentlichen genauso weit erstreckt wie die Breite der Schutzvorrichtung (70).

2. Thermische Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schweißplatte (100) aus einem Stück mit dem Gehäusedeckelelement (74) an diesem gebildet ist.

3. Thermische Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schweißplatte (100') aus einem Stück mit dem becherförmigen Gehäuseelement (72') an diesem gebildet ist.

4. Thermische Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Schweißplatte ein abstehendes Stück (102) aufweist, das sich von der Platte entlang einer Seite der Platte erstreckt, um als Anschlag für die Positionierung eines an die Schweißplatte anzuschweißenden Anschlußstifts zu dienen.

5. Thermische Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Thermostat-Scheibenelement (86) eine Auslösetemperatur aufweist, die ungefähr zwischen 70ºC und 175ºC liegt und bei der sich das Scheibenelement (86) von der ersten Position, an der es in Kontakt mit dem anderen Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuseelement (72) und dem Gehäusedeckelelement (74) bestehenden Gruppe steht, zur zweiten Position bewegt, an der es nicht in Kontakt mit dem anderen Element steht.

6. Thermische Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Thermostat-Scheibenelement (86) eine Auslösetemperatur von ungefähr 150ºC besitzt.

7. Thermische Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Thermostat-Scheibenelement (86) eine Rücksetztemperatur aufweist, die nicht größer als -35ºC ist, und bei der sich das Scheibenelement von der zweiten Position, an der es nicht in Kontakt mit dem anderen Element aus der aus dem becherförmigen Gehäuseelement (72) und Gehäusedeckelelement (74) bestehenden Gruppe steht, zur ersten Position bewegt, an der es in Kontakt mit dem anderen Element steht.

8. Thermische Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Thermostat-Scheibenelement (86) mehrere miteinander verbundene Metallschichten umfaßt, wobei eine erste äußere Schicht einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, eine zweite äußere Schicht einen relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, die Schichten einen ähnlichen Elastizitätsmodul aufweisen und die zweite äußere Schicht aus aushärtbarem rostfreiem Stahl besteht.

9. Thermische Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der sich die Schweißplatte um wenigstens ungefähr 0,1054 cm über das elektrisch isolierende Element hinaus erstreckt.

10. Gerät mit einer thermischen Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.