EP0613325A2

EP0613325A2 - Rohrheizkörper mit formänderndem, vorgespanntem Sicherungselement

Info

Publication number: EP0613325A2
Application number: EP94108393A
Authority: EP
Inventors: Ingo Dipl.-Ing. Dr. Bleckmann
Original assignee: ELPAG AG CHUR
Current assignee: ELPAG AG CHUR
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1994-08-31
Also published as: ATE127309T1; EP0318895B1; US5020128A; EP0613325A3; DE3854378D1; DE8715851U1; EP0318895A3; EP0318895A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper, dessen Ende (1a) innerhalb eines Mantelrohres (1) einen Hohlraum besitzt, welcher ein Sicherungselement (36, 37, 38) aufnimmt, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur durch das Sicherungselement (36, 37, 38) ausgelöst wird. Es ist weiterhin vorgesehen, daß das Sicherungselement (36, 37, 38) unabhängig von dem Mantelrohr (1) in das Ende (1a) des Mantelrohres (1) eingesetzt ist und daß die Schalteinrichtung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durch die Änderung der Form des in Richtung eines Abschaltens vorgespannten Sicherungselementes (36, 37, 38) ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper, dessen Ende innerhalb eines Mantelrohres einen Hohlraum besitzt, welcher ein Sicherungselement aufnimmt, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur durch das Sicherungselement ausgelöst wird.
Aus der US-Patentschrift 3,746,838 geht ein Rohrheizkörper der eingangs genannten Art hervor, bei dem das Mantelrohr beispielsweise aus Kupfer gefertigt ist. In das eine Ende des Rohrheizkörpers ist ein Betätigungselement eingesetzt, welches fest mit dem Mantelrohr des Rohrheizkörpers verbunden ist. Das Betätigungselement ist aus einem Material hergestellt, dessen Längenausdehnungskoeffizient kleiner ist als der Längenausdehnungskoeffizient des Mantelrohres.
Dieser bekannte Rohrheizkörper wird dadurch abgeschaltet, daß sich das Mantelrohr bei Erwärmung ausdehnt. Hierbei wird durch die feste Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Mantelrohr das Betätigungselement mitgezogen. Da das Betätigungselement einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der Längenausdehnungskoeffizient des Mantelrohres, kann das Betätigungselement die Ausdehnungsbewegung des Mantelrohres nicht mehr ausgleichen und wird deshalb von der Schalteinrichtung weggezogen.
Hierbei erweist es sich als nachteilig, daß die Auslösung der Schalteinrichtung nur dann funktioniert, wenn sichergestellt ist, daß die Längenausdehnung des Mantelrohres größer ist als die Längenausdehnung des Betätigungselementes. Lagern sich während des Betriebes des Rohrheizkörpers auf dem Mantelrohr Ansätze, wie beispielsweise Kalk, ab, so kann die Längenausdehnungsfähigkeit des Mantelrohres hierdurch beeinträchtigt sein, so daß eine Abschaltung trotz Überhitzung nicht eintritt.
Darüber hinaus ist es durch die feste Verbindung des Betätigungselementes mit dem Mantelrohr notwendig, die Heizwendel in einer Schleife in dem Mantelrohr zu verlegen, da nur an dem anderen, nicht mit dem Betätigungselement versehenen Ende des Rohrheizkörpers die elektrischen Anschlußelemente zu der Heizwendel geführt werden können. Hierdurch besteht nicht die Möglichkeit, Rohrheizkörper mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser zu bauen, da die beiden Schenkel der schlaufenförmig verlegten Heizwendel einen ausreichenden Abstand sowohl zueinander als auch zur Innenumfangswand des Mantelrohres aufweisen müssen.
Aus der EP 0 086 465 B1 ist weiterhin ein Rohrheizkörper mit einer Heizwendel aus Widerstandsdraht bekannt geworden, welche in Isoliermaterial eingebettet in einem Mantelrohr untergebracht ist. In das Mantelrohrende ist ein Rohrstück eingesetzt, das gegenüber dem Mantelrohr isoliert ist und in dem ein Überhitzungsschutz in Form eines PTC-Elementes, eines Wärmefühlers, einer Schmelzsicherung oder eines Thermostaten untergebracht ist. Das Rohrstück ist in unmittelbarer Wärmeleitung mit der Heizwendel verbunden. Der Überhitzungsschutz ist in das Rohrstück von außen auswechselbar eingeschoben.
Die Unterbringung eines Sicherungselementes in Form einer Schmelzsicherung, eines Thermostaten oder eines Wärmefühlers im Rohrheizkörper hat den Vorteil, daß ein direkter Wärmefluß zur Heizwendel besteht, so daß eine Temperaturerhöhung derselben sehr rasch das Sicherungselement erreicht.
Da das Sicherungselement außerhalb des beheizten Teiles des Rohrheizkörpers liegt, verkalkt der zugeordnete Bereich des Mantelrohres bei einer Wassererhitzung nicht mehr, so daß unabhängig vom sonstigen Verkalkungsgrad des Rohrheizkörpers ein definierter Wärmeabfluß und dementsprechend ein definiertes Ansprechen des Sicherungselementes erreicht wird.
Es ist jedoch schwierig, Sicherungselemente wie z. B. Thermostaten zu konstruieren, die in dem begrenzten Raum von wenigen Millimetern Durchmesser im Rohrheizkörperende untergebracht werden können, die jedoch trotzdem einen sicheren Schaltvorgang bei der Betriebsspannung im allgemeinen von 220 Volt gewährleisten. In der Praxis haben sich bisher dementsprechend nur Schmelzsicherungen durchgesetzt. Diese haben jedoch den Nachteil, daß bei einem Durchschmelzen der Schmelzsicherung eine sichere Abschaltung des Rohrheizkörpers nicht gewährleistet ist, da die geschmolzenen Enden der Schmelzsicherung möglicherweise noch Kontakt miteinander haben können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrheizkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz eines beengten Bauraumes im Mantelrohrende vor dem Eintreten einer Überhitzung sicher abgeschaltet wird.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Im Gegensatz zu dem aus der US-Patentschrift 3,746,838 bekannten Rohrheizkörper, stellt die vorliegende Erfindung sicher, daß unabhängig von Ablagerungen, der Längenausdehnungsfähigkeit des Mantelrohres und dergleichen mehr eine zuverlässige Abschaltung dadurch sichergestellt ist, daß das Sicherungselement unabhängig von dem Mantelrohr in das Ende des Mantelrohres eingesetzt ist. Das Abschaltverhalten des Sicherungselementes ist damit völlig unabhängig von den anderen Bauteilen des Rohrheizkörpers. Außerdem wird durch eine unabhängige Anordnung des Sicherungselementes im Mantelrohr ermöglicht, daß Rohrheizkörper mit sehr kleinem Durchmesser hergestellt werden können, da die Heizwendel sich von einem Mantelrohrende zu dem anderen linienförmig erstrecken kann. Eine schlaufenförmige Verlegung der Heizwendel, wie dies bei dem bekannten Rohrheizkörper zwingend der Fall ist, kann unterbleiben. Darüber hinaus wird durch das in Abschaltrichtung vorgespannte Sicherungselement gewährleistet, daß nach einem Auslösen der Sicherung kein weiterer Stromfluß mehr durch die beiden geschmolzenen Enden des Sicherungselementes fließen kann, so daß ein weiterer Betrieb des Rohrheizkörpers ausgeschlossen ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die vorgeschlagene Lösung sowohl in einem als auch beiden Enden des Rohrheizkörpers angeordnet sein kann und/oder gegebenenfalls auch noch auf einen außerhalb des Rohrheizkörpers liegenden Hauptschalter zum Abschalten beider Rohrheizkörperenden einwirken kann.
Das Sicherungselement und die Schalteinrichtung können aus einem mittels einer Federkraft vorgespannten Stab und einer bei der Ansprechtemperatur schmelzenden Lötverbindung bestehen. Der Stab und die Lötverbindung sind in den Leitungsverlauf zur Stromversorgung der Heizwendel des Rohrheizkörpers eingeschaltet. Beim Überschreiten einer vorgesehenen Temperatur schmilzt die Lötverbindung, so daß die Stromversorgung der Heizwendel unterbrochen wird. Dabei wird der vorgespannte Stab von der Lötverbindung weggezogen, so daß sichergestellt ist, daß die Enden der Lötverbindung keinen Kontakt zueinander haben bzw. einen so geringen Abstand aufweisen, daß ein Überschlag möglich ist. Die Lötverbindung sollte hierbei im unbeheizten Ende des Mantelrohres angeordnet sein. Sie kann direkt oder über eine Zwischenverbindung mit der Heizwendel in Verbindung stehen.
Die zur Vorspannung des Stabes vorgesehene Federkraft kann einmal durch eine elastische Kugel, durch welche der Stab hindurchgeführt ist und die sich an einer den Rohrheizkörper abschließenden Isolierperle abstützt, oder durch eine Schraubenfeder ausgeübt werden, die konzentrisch um den Stab angeordnet ist und die sich ebenfalls an der den Rohrheizkörper abschließenden Isolierperle abstützt. Selbstverständlich kann sowohl die elastische Kugel als auch die Schraubenfeder an einer anderen geeigneten Abstützung anliegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: eine Ausführungsform mit einer bei Schmelztemperatur ansprechenden Lötverbindung;
Fig. 2: die Ausführungsform nach Fig. 1 nach Ansprechen des Sicherungselementes und Aufreißen der Lötverbindung;
Fig. 3 u. 4: eine gegenüber den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform.

Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, besteht ein elektrischer Rohrheizkörper aus einem Mantelrohr 1, in welchem eine Heizwendel 2 aus Widerstandsdraht in Isoliermaterial 3 eingebettet untergebracht und gegenüber dem Mantelrohr 1 elektrisch isoliert ist. In dem von der Heizwendel 2 nicht mehr beheizten Endbereich 1a des Rohrheizkörpers ist ein zylindrischer, gegenüber dem Mantelrohr 1 ebenfalls isolierter elektrischer Metallkörper 36 mit einem zur Heizwendel 2 weisenden konischen Endstück angeordnet, an welchem die Heizwendel 2 angeschweißt ist.
Da der Endbereich 1a des Mantelrohres 1 von der Heizwendel 2 nicht mehr beheizt wird, kann er auch nicht verkalken, so daß sich ein über die gesamte Betriebsdauer des Rohrheizkörpers konstanter Wärmeabfluß von der Heizwendel 2 über die Schweißverbindung an dem konischen Ende zu dem Metallkörper 36 und konzentrisch durch das Isoliermaterial 3 auf den unbeheizten Bereich 1a ergibt. Dieser Wärmefluß bleibt unabhängig davon, in welcher Lage der Rohrheizkörper eingebaut wird, immer derselbe und zwar aufgrund des konzentrischen Wärmeabflusses. Es stellt sich dementsprechend in dem unbeheizten Endbereich 1a eine bei Normalbetrieb konstante Temperatur ein.
An die vordere, zum Rohrheizkörperende weisende Stirnseite des Metallkörpers 36 ist mittels einer Lötverbindung 37 ein nach außen führender Stab 38 angelötet. Der Stab 38 ist durch die Innenbohrung einer den Rohrheizkörper abschließenden Isolierperle 40 geführt. Die Isolierperle 40 ist an ihrer Vorderseite muldenartig vertieft, so daß sie ein kugelförmiges Kautschukelement 39 aufnehmen kann, welches im zusammengepreßten Zustand durch eine auf den Stab 38 aufgespreizte Scheibe 38a gehalten wird. Der Stab 38 dient der Stromzuführung zur Heizwendel 2. Wenn infolge einer Übertemperatur, zum Beispiel bei Überschreiten einer Temperatur von 150° C, die Lötverbindung 37 aufreißt, entspannt sich die elastische Kugel 39, so daß der Stab 38 von dem Metallkörper 36 weggezogen und die Stromzufuhr zur Heizwendel 2 sicher unterbrochen wird, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten weiteren Ausführungsform ist die Kautschukkugel 39 durch eine Schraubenfeder 41 ersetzt, welche in einem Gehäuse 42 untergebracht ist, das aus zwei ineinandergleitenden schachtelförmigen Teilen besteht. Die Wirkungsweise ist ansonsten die gleiche wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2.
Es ist zweckmäßig, wenn beide Anschlüsse des Rohrheizkörpers bei Ansprechen der Schalteinrichtung abgeschaltet werden. Ist nämlich die Überhitzung auf ein Durchbrennen des Rohrheizkörpers zurückzuführen, d. h. durch eine Lichtbogenbildung zwischen der Heizwendel 2 und dem Rohrheizkörper, dann brennt der Lichtbogen weiter, wenn von dem anderen Anschluß des Rohrheizkörpers Spnnung zugeführt wird. Dies bedeutet auch, daß die Wasserfüllung des Gerätes unter Spannung steht mit den entsprechenden Gefahren für die Bedienungsperson.
Insbesondere bei Rohrheizkörpern, welche mit Drehstrom betrieben werden, sollten zweckmäßigerweise sämtliche Anschlüsse abgeschaltet werden, wenn die Schalteinrichtung anspricht.

Claims

Rohrheizkörper, dessen Ende (1a) innerhalb eines Mantelrohres (1) einen Hohlraum besitzt, welcher ein Sicherungselement (36, 37, 38) aufnimmt, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur durch das Sicherungselement (36, 37, 38) ausgelöst wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sicherungselement (36, 37, 38) unabhängig von dem Mantelrohr (1) in das Ende (1a) des Mantelrohres (1) eingesetzt ist und daß die Schalteinrichtung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durch die Änderung der Form des in Richtung eines Abschaltens vorgespannten Sicherungselementes (36, 37, 38) ausgelöst wird.
Rohrheizkörper nache Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sicherungselement aus einem mittels einer Federkraft vorgespannten Stab (38) und einer bei der Ansprechtemperatur schmelzenden Lötverbindung (37) besteht, wobei der Stab (38) und die Lötverbindung (37) in den Leitungsverlauf zur Stromversorgung der Heizwendel (2) des Rohrheizkörpers eingeschaltet sind und wobei beim Schmelzen der Lötverbindung (37) die Stromversorgung der Heinzwendel (2) unterbrochen wird.
Rohrheizkörper nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federkraft von einer elastischen Kugel (39) ausgeübt wird, durch welche der Stab (38) hindurchgeführt ist und die sich an einer den Rohrheizkörper abschließenden Isolierperle (40) abstützt.
Rohrheizkörper nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federkraft von einer Schraubenfeder (41) ausgeübt wird, die konzentrisch um den Stab (38) angeordnet ist.