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EP1408524B1 - Heizeinrichtung mit thermischer Schmelzsicherung - Google Patents

Heizeinrichtung mit thermischer Schmelzsicherung Download PDF

Info

Publication number
EP1408524B1
EP1408524B1 EP03020988A EP03020988A EP1408524B1 EP 1408524 B1 EP1408524 B1 EP 1408524B1 EP 03020988 A EP03020988 A EP 03020988A EP 03020988 A EP03020988 A EP 03020988A EP 1408524 B1 EP1408524 B1 EP 1408524B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating device
contacts
connection bridge
connection
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03020988A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1408524A1 (de
Inventor
Volker Block
Jürgen De Marco
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EGO Elektro Geratebau GmbH filed Critical EGO Elektro Geratebau GmbH
Publication of EP1408524A1 publication Critical patent/EP1408524A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1408524B1 publication Critical patent/EP1408524B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202—Switches
    • H05B1/0205—Switches using a fusible material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit

Definitions

  • the invention relates to a heating device with the features of the preamble of claim 1.
  • US-A-4,622,534 discloses soldering through two terminals held piece of metal. Especially the solder, but also the piece of metal Make an electrically conductive connection between the two terminals The solder melts due to high temperature because of too high current, it loses its fastening and holding effect for the piece of metal. This is pulled down by gravity and falls out between the terminals. It pulls the lot with himself or this falls down. So will at a certain Amperage solved the electrical connection between the terminals.
  • FR-A-2 521 770 describes close to a resistance heating element a resilient electrical contact bridge, which has an insulating Pin supported on a bearing of melting material is. By this support, the bridge against a mating contact and thus produces an electrically conductive connection. If the heater heats the solder beyond a certain point, so The elastic bridge can support down in the press in soft solder and thus move away from the mating contact and interrupt the electrical contact.
  • a problem with known fuses is that a high technical and installation effort to realize the security is necessary to the high thermal slew rates of Heating elements, in particular low-mass thick-film heating elements, to secure if there is no heat absorption. Such not existing heat loss, for example, the dry run of a Be water boiler. In case of emergency, while the heater or a base insulation will be destroyed.
  • the present invention is based on the object, a safety device for a heater and a provided therewith To create heating equipment with which the problems of the state of the Technique can be avoided, especially a very fast reacting Safety device for thermal protection of a Heating device can be created.
  • the securing device has two contacts as well a connecting bridge, wherein the connecting bridge electrically is conductive and a connection of the heater to a power or Energy supply forms. Furthermore, the connection bridge is on attached mechanically and electrically conductive to the two contacts. For this purpose, fastening means are provided whose attachment or Fastening effect above or when exceeding a certain Temperature dissolves.
  • the securing device is furthermore on the heating device arranged that the fastening means and / or the connecting bridge in heat-conducting connection with the heater stand. Furthermore, the invention provides that the connecting bridge held by the fasteners on the contacts such is that a movement away due to gravity is prevented. This means that the connecting bridge only by the attachment is held with the fasteners on the contacts. triggers If there is an attachment or even both, the connection bridge moves away from the contacts or falls away from it. This can be achieved that no separate force, such as spring force, needs to be provided. It will be the already existing Gravity, which also acts on such a connecting bridge, exploited.
  • Such a securing device can be particularly advantageous for a Heating device used by so-called head-over-mounting " is mounted. This means that below the institution the Securing device is present and due to this arrangement the Connecting bridge easily from the contacts and thus also from the heating device can be omitted or can be solved.
  • the attachment means may be different.
  • a solder or solder can be metallic or metal parts or ceramic parts. So a soldering is special advantageously possible.
  • the fastening means from the Combination of contacts with a solder consist. It is further possible to use a conductive adhesive that is specific to one Temperature dissolves or at least softens.
  • the connecting bridge consist of a metal part or have such. It can be provided that the connecting bridge between the Connections with the contacts is insulated to the outside. Such Insulation should be temperature resistant.
  • Such Insulation should be temperature resistant.
  • Ceramic and glass coatings on These can be up to the directly to the contacts associated areas of the connecting bridge cover their entire surface. It is also possible the connecting bridge ceramic form or with Keramikikan tone manufacture. So she can be isolating herself.
  • a movement due to gravity can on the one hand a substantially vertically downward case of the connecting bridge be.
  • the connecting bridge when releasing the fastening means at the contacts the connecting bridge a tilting moment has at least one contact.
  • a tilting moment against both contacts so that at a release of the connection, the connecting bridge through this tilting moment gets stronger and faster. So she still interrupts faster the electrical connection and thus the power supply. This is especially true when fixing with solder from (continue on page 5 of the original description) Advantage.
  • Tipping the connection bridge can here Reliably disconnect the connection.
  • the center of gravity of the connecting bridge outside the connecting line between the two Contacts.
  • This is how a tilting moment is built up.
  • a possible form for a connecting bridge is a simple or multiply wound U-shape. With Such a U-shape, in which an attachment to the two free ends takes place, can also advantageously generates an aforementioned tilting moment become.
  • a heating device for combination with an aforementioned safety device may comprise a support and a heating element.
  • the safety device in the Proper use of the heater, be arranged so that the fastening means and / or the connecting bridge in heat-conducting connection stand with the heater.
  • a thermally conductive should Connection with the heating element itself exist.
  • the securing device may be fastened to the carrier, preferably with the shortest possible distance. This will be the one provided an easy to handle unit. Furthermore, a Good heat conduction achieved. Finally, temperatures are at that preferred fastening means, such as solders, are heated, already considered critical for many heaters.
  • the safety device especially with the Connecting bridge, seen in the direction of gravity below the heater or the heating element can be arranged.
  • the connecting bridge in the direction of gravity seen deeper than the contacts or below the contacts to arrange.
  • the contacts can be flat and essentially in a horizontal plane.
  • the Contact surface in a horizontal plane. It is also possible also the connecting bridge essentially in a horizontal Level to go.
  • the heating device can be designed such that the heating element is arranged on a flat carrier of the heating device. Contacts for the heating element can be at the bottom of the heater be provided. The term bottom refers to the later installation position of the heater. The heating element can be provided on the one hand on the top of the carrier. Here are Through contacts possible. The heating element is advantageous on the Bottom arranged. This is for example in kettles, such as previously stated, is often the case.
  • the heating element can be insulated to the outside. Furthermore, can be provided be that the heating element and the connecting bridge cross over or overlap. This should be an insulation in between be arranged.
  • the insulation is advantageously flat, with the area should be at least as large as that of the connecting bridge or as the projection of the connecting bridge on the heating element.
  • the Insulation is further advantageously applied firmly to the heating element, for example, as one of the aforementioned ceramic or glass coatings.
  • the heating element in a coating process as a layer on the carrier.
  • a particularly preferred Possibility is a thick film on an insulating support. The insulation can be achieved by a glass or ceramic surface become.
  • the compounds to perform the contacts as resistance, for example as Resistance tracks.
  • the connecting bridge as a resistor train. It can advantageously a certain temperature coefficient of the resistance such that they too ensures a preheating of the attachment.
  • Fig. 1 is an embodiment of a heating device according to the invention 11 shown in section. Like the other figures, this one is To understand drawing schematically and should serve the principle of the invention to explain in different versions.
  • a ceramic carrier 12 has on its upper side 16 a plurality of heating conductors 13 on.
  • the heating element 13 can run in any paths, as it is known per se from the prior art. You can, for example be applied in thick film technology.
  • the heating element 13 and a It surrounding area of the top 16 of the ceramic substrate 12 is with an insulation 14 provided. This can, for example, a glass layer or the like.
  • the insulation 14 of the heating element 13 upwards has the Advantage that on the one hand electrical insulation is ensured.
  • a fuse 18 On a bottom 17 of the ceramic carrier 12 is a fuse 18, in In this case, a thermal fuse according to the present invention, appropriate.
  • the fuse 18 has two spaced solder contacts 19, which are applied to the bottom 17.
  • the solder contacts 19 again have contact leads 20.
  • the electrical line over the contact lead 20 should be secured with the fuse 18 and be interrupted in an emergency.
  • connection bridge 22 is provided on the solder contacts 19. This is soldered to the solder contacts 19 with solder. She connects the Contact leads 20.
  • the connecting bridge is 22 of conductive, especially good solderable, metal manufactured.
  • the heating of the solder contacts 19 beyond a certain extent causes a softening of the solder with which the connecting bridge 22 attached is. Then, with softened solder the connecting bridge 22 pulled down by gravity fall down, so from the solder contacts 19 away. If now the contact leads 20 in the Power supply for the heating element 13 are the heating conductors of the power supply disconnected. This corresponds to the basic principle a thermal fuse with interruption.
  • the heating device 11 is approximately as in Fig. 1 is shown installed. This means that the connecting bridge 22 of the solder contacts 19 away down to, so the Following gravity, you must be able to fall. This does not mean in principle that it must be arranged below the heating conductor 13. she can also be arranged laterally. Basically it is just only important that when softening the solder joint of the connecting bridge 22 to the solder contacts 19, the connecting bridge dissolves.
  • Fig. 2 is another embodiment of the invention with a heater 111 is shown. This can also be on a bottom 117 of an insulating Carrier can be arranged.
  • the illustration in Fig. 2 is a Top view, for example from below.
  • An elongate heating conductor 113 is provided. This one is at his right end via a connection pad 125 with a contact lead 120 connected. This lower contact feed line 120 opens into a soldering contact 119. On the other side of the heating conductor 113 is another soldering contact 119 arranged in the form of a field. This one is back with one Contact lead 120 connected, which, for example, to a power supply is guided.
  • solder contacts 119 Between the solder contacts 119 is a connecting bridge 122. It is advantageously soldered to the solder contacts 119, as before has been described. Alternatively, a bond would be possible.
  • the preferred solder is a solder with a precisely defined melting point used. This melting point or a resulting softening result in connection with the weight of the connecting bridge or their necessary holding force in the installed state the Trip temperature of the fuse used as a thermal fuse 18th
  • the connecting bridge 122 which in turn is electrically conductive and for example, consist of metal or have a metal core can, so the heating element 113 can be supplied with electrical energy. Since the connecting bridge 122 crosses the heating conductor 113, is in between an insulating layer 124 is provided. She can, for example be glass or ceramic.
  • a fuse 118 are once through the Heating conductor 113, the solder contacts 119 and thus heats the solder.
  • the connecting bridge 122 is heated, which crosses the heating element 113. Their warming also contributes to Heating and possibly softening the solder on the solder contacts 119 which accelerates this process.
  • an insulating layer 124 may also be a connecting bridge 122 be used, which at least in the area in which they Heating conductor 113 bridged, itself is electrically isolated.
  • connection bridge a simple Metal piece to be used. It is also possible to use an electric Conductive material with a well-defined or desired Select conductivity. This can result in that by the Current flow for supplying energy to the heating conductor via the connection bridge the connection bridge already preheated to a certain temperature becomes. This temperature then prevails approximately at the Solder contacts. So can an even faster triggering of the fuse with preheated solder and faster reaching the softening point be achieved.
  • Fig. 4 is a third inventive design of a heater 211 shown with a fuse 218.
  • heating conductors 213 intended.
  • the embodiments of Figures 1 to 3 respectively provide the connection bridge in the supply line to the heating conductor, can in this embodiment, the fuse or the connection to Bridge be provided in the course of the heating element itself. This would be with simple modification also in the embodiments according to the figures 1 to 3 possible.
  • connection pads 225 The ends of the heating conductors 213 are connected to connection pads 225. Via contact lead 220, these in turn are with solder contacts 219th connected or made in one piece. At the solder contacts 219 is secured by solder a connecting bridge 222.
  • This particular embodiment of the connecting bridge 222 is approximately reversed U-shaped. From a base 227 go out legs 228. The Ends of the legs 228, opposite the base 227 are connected to the Solder contacts 219 soldered. Now consider that the device 4 is installed upside down, so with the bottom 217 down, Thus, the following advantages result from such a training Connecting bridge 222.
  • the connecting bridge 222 with the solder contacts 219th connects, soft, so it dissolves in principle and is not necessarily fluid, but at least viscous. However, this still means not automatically that the connecting bridge by gravity drops. The adhesion of the softened liquid solder can do this, similar to the case of a drop of water would prevent.
  • a straight connecting bridge 122, as shown for example in FIG. 2 If it is not hard enough, it could still be up to you Adhere to solder contacts 119. It would even be about the liquid Lot given the electrical connection.
  • connection bridge 222 according to FIG. 4, it is obvious that upon softening of the solder at the solder contacts 219, the weight the base 227, so to speak, pry off the connecting bridge. In order to can provide a liquid-based adhesion even with light connection bridges be overcome.
  • connecting bridge can be provided that these on one side easy continues over the line between the solder contacts. It So it comes down to the fact that the focus of the connecting bridge lies outside the connecting line between the solder contacts.

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuses (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, manche Heizeinrichtungen, beispielsweise für Wasserkocher, mit einer Schmelzsicherung zu versehen. Diese soll verhindern, dass im Falle einer Überhitzung ein Schaden oder Schlimmeres, beispielsweise ein Brand, hervorgerufen werden können. Derartige Schmelzsicherungen sind in wärmeleitendem Kontakt mit der Heizeinrichtung angeordnet. Ein sich durch Wärme auflösender oder elektrischer Kontakt, beispielsweise in Form einer sich zurückziehenden Lötzinnspur, ist als eigentliches Sicherungselement vorgesehen.
Des weiteren ist es möglich, Bimetall-Schalter einzusetzen. Mit diesen kann eine reversible Überlastsicherung erreicht werden.
Die US-A-4 622 534 offenbart zwischen zwei Anschlüssen ein durch Lot gehaltenes Metallstück. Vor allem das Lot, aber auch das Metallstück stellen eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen dar. Schmilzt das Lot infolge zu hoher Temperatur wegen zu hoher Stromstärke, so verliert es seine Befestigungs- und Haltewirkung für das Metallstück. Dieses wird von der Schwerkraft nach unten gezogen und fällt zwischen den Anschlüssen heraus. Dabei zieht es das Lot mit sich bzw. auch dieses fällt nach unten. So wird bei einer bestimmten Stromstärke die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen gelöst.
Die FR-A-2 521 770 beschreibt nahe an einem Widerstandsheizelement eine federelastische elektrische Kontaktbrücke, welche über einen isolierenden Stift auf einer Lagerung aus schmelzendem Material abgestützt ist. Durch diese Abstützung wird die Brücke gegen einen Gegenkontakt gedrückt und stellt so eine elektrische leitfähige Verbindung her. Erwärmt die Heizung das Lot über einen bestimmten Punkt hinaus, so kann die federelastische Brücke die Abstützung nach unten in das weiche Lot hineindrücken und so von dem Gegenkontakt wegrücken und den elektrischen Kontakt unterbrechen.
Problematisch bei bekannten Schmelzsicherungen ist, dass ein hoher technischer und Montage-Aufwand zur Realisierung der Absicherung nötig ist, um die hohen thermischen Anstiegsgeschwindigkeiten von Heizelementen, insbesondere massearme Dickschichtheizelementen, bei nicht vorhandener Wärmabnahme abzusichern. Eine solche nicht vorhandene Wärmeabnahme kann beispielsweise der Trockenlauf eines Wasserkessels sein. Im Ernstfall kann dabei die Heizeinrichtung oder eine Basis-Isolierung zerstört werden.
Aufgabe und Lösung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungseinrichtung für eine Heizeinrichtung sowie eine damit versehene Heizeinrichtung zu schaffen, mit denen die Probleme des Standes der Technik vermieden werden können, insbesondere eine sehr schnell reagierende Sicherungseinrichtung zur thermischen Absicherung einer Heizeinrichtung geschaffen werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß weist die Sicherungseinrichtung zwei Kontakte sowie eine Verbindungsbrücke auf, wobei die Verbindungsbrücke elektrisch leitend ist und einen Anschluss der Heizeinrichtung an eine Strom- oder Energieversorgung bildet. Des weiteren ist die Verbindungsbrücke an den beiden Kontakten mechanisch sowie elektrisch leitend befestigt. Hierfür sind Befestigungsmittel vorgesehen, deren Befestigung oder Befestigungswirkung sich oberhalb bzw. bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur auflöst.
Die Sicherungseinrichtung ist des weiteren derart an der Heizeinrichtung angeordnet, dass die Befestigungsmittel und/oder die Verbindungsbrücke in wärmeleitender Verbindung mit der Heizeinrichtung stehen. Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbindungsbrücke von den Befestigungsmitteln an den Kontakten derart gehalten wird, dass ein Wegbewegen infolge von Schwerkraft verhindert wird. Dies bedeutet, dass die Verbindungsbrücke nur durch die Befestigung mit den Befestigungsmitteln an den Kontakten festgehalten wird. Löst sich eine Befestigung oder sogar beide auf, bewegt sich die Verbindungsbrücke von den Kontakten weg bzw. fällt davon ab. Dadurch kann erreicht werden, dass keine separate Kraft, beispielsweise Federkraft, vorgesehen zu werden braucht. Es wird die ohnehin vorhandene Schwerkraft, die auch auf eine solche Verbindungsbrücke wirkt, ausgenutzt.
Besonders vorteilhaft kann eine solche Sicherungseinrichtung für eine Heizeinrichtung verwendet werden, die durch sogenannte Kopfüber-Montage" montiert ist. Dies bedeutet, dass unterhalb der Einrichtung die Sicherungseinrichtung vorhanden ist und aufgrund dieser Anordnung die Verbindungsbrücke problemlos von den Kontakten und somit auch von der Heizeinrichtung wegfallen bzw. sich lösen kann.
Die Befestigungsmittel können unterschiedlich sein. Beispielsweise ist es möglich, ein Lot oder Lötzinn zu verwenden. Die Kontakte, insbesondere auch die Verbindungsbrücke, können metallisch sein oder Metallanteile oder auch Keramikanteile aufweisen. So ist ein Löten besonders vorteilhaft möglich. Insbesondere können die Befestigungsmittel aus der Kombination der Kontakte mit einem Lot bestehen. Es ist des weiteren möglich, einen leitfähigen Kleber zu verwenden, der sich bei einer bestimmten Temperatur löst oder zumindest erweicht.
Durch die Materialzusammensetzung eines solchen Lots, Lötzinns oder leitfähigen Klebers kann sein Erweichungspunkt eingestellt werden. So ist es möglich, dass bei vorgegebener Zuordnung der Befestigung der Verbindungsbrücke an den Kontakten zu der Heizeinrichtung bzw. der Wärmeerzeugung ein Erweichen des Lots und somit ein Lösen der Verbindungsbrücke bei einer bestimmten Temperatur der Heizeinrichtung erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Verbindungsbrücke aus einem Metallteil bestehen oder ein solches aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsbrücke zwischen den Verbindungen mit den Kontakten nach außen isoliert ist. Eine solche Isolierung sollte temperaturbeständig sein. Hier bieten sich beispielsweise Keramik- und Glasbeschichtungen an. Diese können bis auf die direkt den Kontakten zugeordneten Bereiche der Verbindungsbrücke deren gesamte Oberfläche bedecken. Es ist auch möglich, die Verbindungsbrücke keramisch auszubilden oder mit Keramikanteilen herzustellen. So kann sie selber isolierend sein.
Eine Bewegung infolge von Schwerkraft kann einerseits ein im wesentlichen senkrecht nach unten gerichteter Fall der Verbindungsbrücke sein. Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Lösen der Befestigungsmittel an den Kontakten die Verbindungsbrücke ein Kippmoment gegenüber mindestens einem Kontakt aufweist. Besonders bevorzugt entsteht ein Kippmoment gegenüber beiden Kontakten, so dass sich bei einem Lösen der Verbindung die Verbindungsbrücke durch dieses Kippmoment noch stärker und schneller löst. So unterbricht sie noch schneller die elektrische Verbindung und somit die Energieversorgung. Dies ist vor allem bei einer Befestigung mit Lot von (weiter auf S. 5 der ursprünglichen Beschreibung) Vorteil. Bei einer gerade durchgehenden Verbindungsbrücke kann es durchaus vorkommen, dass durch die normale Haftung aufgrund von Adhäsion selbst des flüssigen oder erweichten Lots die Verbindungsbrücke gehalten wird. Ein Abkippen der Verbindungsbrücke kann hier die Verbindung zuverlässig auftrennen.
Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Schwerpunkt der Verbindungsbrücke außerhalb der Verbindungslinie zwischen den beiden Kontakten liegt. So wird ein Kippmoment aufgebaut. Vorteilhaft liegt der Schwerpunkt in einer horizontalen Richtung außerhalb und seitlich neben einer solchen Verbindungslinie. Eine mögliche Form für eine Verbindungsbrücke ist eine einfache oder mehrfach gewundene U-Form. Mit einer solchen U-Form, bei der eine Befestigung an den beiden freien Enden erfolgt, kann auch vorteilhaft ein vorgenanntes Kippmoment erzeugt werden.
Eine Heizeinrichtung zur Kombination mit einer vorgenannten Sicherungseinrichtung kann einen Träger und ein Heizelement aufweisen. Im bestimmungsgemäßen Einsatz der Heizeinrichtung kann die Sicherungseinrichtung derart daran angeordnet sein, dass die Befestigungsmittel und/oder die Verbindungsbrücke in wärmeleitender Verbindung mit der Heizeinrichtung stehen. Insbesondere sollte eine wärmeleitende Verbindung mit dem Heizelement selber bestehen.
Dazu kann die Sicherungseinrichtung an dem Träger befestigt sein, vorzugsweise mit möglichst geringer Entfernung. Dadurch wird zum einen eine gut handhabbare Baueinheit bereitgestellt. Des weiteren wird eine gute Wärmeleitung erreicht. Schließlich sind Temperaturen, bei denen bevorzugte Befestigungsmittel, wie beispielsweise Lote, erwärmt werden, bereits als kritisch für viele Heizeinrichtungen anzusehen.
Wie zuvor ausgeführt, kann die Sicherungseinrichtung, vor allem mit der Verbindungsbrücke, in Schwerkraftrichtung gesehen unterhalb der Heizeinrichtung oder des Heizelements angeordnet sein.
Des weiteren kann vorgesehen sein, die Verbindungsbrücke in Schwerkraftrichtung gesehen tiefer als die Kontakte oder unterhalb der Kontakte anzuordnen. Dabei können die Kontakte flächig sein und im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verlaufen. Insbesondere kann die Kontaktfläche in einer horizontalen Ebene verlaufen. Ebenso ist es möglich, auch die Verbindungsbrücke im wesentlich in einer horizontalen Ebene verlaufen zu lassen.
Die Heizeinrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass das Heizelement auf einem flächigen Träger der Heizeinrichtung angeordnet ist. Kontakte für das Heizelement können an der Unterseite der Heizeinrichtung vorgesehen sein. Der Begriff Unterseite bezieht sich dabei auf die spätere Einbaustellung der Heizeinrichtung. Das Heizelement kann einerseits auf der Oberseite des Trägers vorgesehen sein. Hier sind Durchkontaktierungen möglich. Vorteilhaft ist das Heizelement auf der Unterseite angeordnet. Dies ist beispielsweise bei Wasserkochern, wie zuvor ausgeführt worden ist, häufig der Fall.
Das Heizelement kann nach außen isoliert sein. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass sich das Heizelement und die Verbindungsbrücke überkreuzen oder überlappen. Dazu sollte eine Isolierung dazwischen angeordnet sein. Die Isolierung ist vorteilhaft flächig, wobei die Fläche mindestens so groß sein sollte wie diejenige der Verbindungsbrücke oder wie die Projektion der Verbindungsbrücke auf das Heizelement. Die Isolierung ist des weiteren vorteilhaft fest auf das Heizelement aufgebracht, beispielsweise als eine der vorgenannten Keramik- oder Glasbeschichtungen.
Des weiteren ist es möglich, das Heizelement in einem Beschichtungsverfahren als Schicht auf den Träger aufzubringen. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit ist eine Dickschicht auf einem isolierenden Träger. Die Isolierung kann dabei durch eine Glas- oder Keramikoberfläche erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Verbindungen zu den Kontakten als Widerstand auszuführen, beispielsweise als Widerstandsbahnen. Dadurch kann im Normalbetrieb der Heizeinrichtung bereits eine Vorerwärmung der Befestigung an den Kontakten bewirkt werden. So kann eine solche Sicherungseinrichtung schneller auf eine Überhitzung reagieren.
In ähnlicher Art und Weise ist es möglich, die Verbindungsbrücke als Widerstand auszubilden. Dabei kann sie vorteilhaft einen bestimmten Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweisen derart, dass sie ebenfalls für eine Vorerwärmung der Befestigung sorgt.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen jeweils gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung,
Fig. 2
eine Draufsicht auf eine alternative Ausführung einer Heizungs- und Sicherungseinrichtung,
Fig. 3
einen Schnitt durch die Ausführung aus Fig. 2 und
Fig. 4
eine weitere Ausführung einer Heizungs- und Sicherungseinrichtung in Draufsicht.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung 11 im Schnitt dargestellt. Ebenso wie die anderen Figuren ist diese Zeichnung schematisch zu verstehen und soll dazu dienen, das Erfindungsprinzip in verschiedenen Ausführungen zu erläutern.
Ein Keramikträger 12 weist auf seiner Oberseite 16 mehrere Heizleiter 13 auf. Die Heizleiter 13 können in beliebigen Bahnen verlaufen, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Sie können beispielsweise in Dickschichttechnik aufgebracht sein. Die Heizleiter 13 sowie ein sie umgebender Bereich der Oberseite 16 des Keramikträgers 12 ist mit einer Isolierung 14 versehen. Diese kann beispielsweise eine Glasschicht oder dergleichen sein.
Insbesondere die Isolierung 14 der Heizleiter 13 nach oben hat den Vorteil, dass zum einen eine elektrische Isolierung gewährleistet ist. Des weiteren kann die Isolierung 14 beispielsweise beim Einsatz in einer Heizeinrichtung 11 in einem Wasserkocher oder einer ähnlichen Einrichtung, welche direkt mit Lebensmitteln oder anderen Medien in Berührung kommen kann, die Heizleiter 13 abschirmen.
An einer Unterseite 17 des Keramikträgers 12 ist eine Sicherung 18, in diesem Fall eine thermische Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung, angebracht. Die Sicherung 18 weist zwei beabstandete Lötkontakte 19 auf, die auf die Unterseite 17 aufgebracht sind. Die Lötkontakte 19 wiederum weisen Kontaktzuleitungen 20 auf. Die elektrische Leitung über die Kontaktzuleitung 20 soll mit der Sicherung 18 abgesichert und im Ernstfall unterbrochen werden.
Dazu ist an den Lötkontakten 19 eine Verbindungsbrücke 22 vorgesehen. Diese ist mit Lot an die Lötkontakte 19 gelötet. Sie verbindet die Kontaktzuleitungen 20. In einer sehr einfachen Ausführung ist die Verbindungsbrücke 22 aus leitfähigem, insbesondere gut lötbarem, Metall gefertigt.
Werden die Heizeinrichtung 11 oder der Keramikträger 12 zu heiß, beispielsweise durch zu hohe Leistungsaufnahme der Heizplatte 13 oder beispielsweise einem Leerkochen eines Wasserkochers mit nicht ausreichender Wärmeabfuhr, so erhitzen sich auch die Lötkontakte 19. Zu diesem Zweck können sie, wie in Fig. 1 dargestellt, direkt gegenüber einem Heizleiter 13 und nur durch den Keramikträger 12 getrennt liegen.
Die Erwärmung der Lötkontakte 19 über ein bestimmtes Maß hinaus bewirkt eine Erweichung des Lots, mit dem die Verbindungsbrücke 22 befestigt ist. Daraufhin kann bei aufgeweichtem Lot die Verbindungsbrücke 22 durch die Schwerkraft gezogen nach unten fallen, also von den Lötkontakten 19 weg. Wenn sich nun die Kontaktzuleitungen 20 in der Energiezufuhr für die Heizleiter 13 befinden, werden die Heizleiter von der Energieversorgung abgetrennt. Dies entspricht dem Grundprinzip einer thermischen Sicherung mit Unterbrechung.
Hierzu ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 11 ungefähr so wie in Fig. 1 dargestellt eingebaut ist. Dies bedeutet, dass die Verbindungsbrücke 22 von den Lötkontakten 19 weg nach unten zu, also der Schwerkraft folgend, fallen können muss. Dies bedeutet nicht grundsätzlich, dass sie unterhalb der Heizleiter 13 angeordnet sein muss. Sie kann auch seitlich davon angeordnet werden. Grundsätzlich ist es eben nur von Bedeutung, dass bei Aufweichen der Lötverbindung der Verbindungsbrücke 22 an die Lötkontakte 19 sich die Verbindungsbrücke löst.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführung der Erfindung mit einer Heizeinrichtung 111 dargestellt. Auch diese kann an einer Unterseite 117 eines isolierenden Trägers angeordnet werden. Die Darstellung in Fig. 2 ist eine Draufsicht, beispielsweise von unten.
Es ist ein länglicher Heizleiter 113 vorgesehen. Dieser ist an seinem rechten Ende über ein Anschlussfeld 125 mit einer Kontaktzuleitung 120 verbunden. Diese untere Kontaktzuleitung 120 mündet in einen Lötkontakt 119. Auf der anderen Seite des Heizleiters 113 ist ein weiterer Lötkontakt 119 in Form eines Felds angeordnet. Dieser ist wieder mit einer Kontaktzuleitung 120 verbunden, welche beispielsweise zu einer Energieversorgung geführt ist.
Zwischen den Lötkontakten 119 befindet sich eine Verbindungsbrücke 122. Sie ist vorteilhaft mit den Lötkontakten 119 verlötet, wie zuvor beschrieben worden ist. Alternativ wäre eine Verklebung möglich.
Als Lot wird hier bevorzugt ein Lot mit genau definiertem Schmelzpunkt verwendet. Dieser Schmelzpunkt oder eine sich daraus ergebende Erweichung ergeben in Verbindung mit dem Gewicht der Verbindungsbrücke bzw. deren notwendiger Haltekraft im eingebauten Zustand die Auslösetemperatur der als thermische Sicherung eingesetzten Sicherung 18.
Über die Verbindungsbrücke 122, die wiederum elektrisch leitend ist und beispielsweise aus Metall bestehen oder einen Metallkern aufweisen kann, kann also der Heizleiter 113 mit elektrischer Energie versorgt werden. Da die Verbindungsbrücke 122 den Heizleiter 113 überquert, ist dazwischen eine Isolierschicht 124 vorgesehen. Sie kann beispielsweise glas- oder keramikartig sein.
Bei dieser Ausführung einer Sicherung 118 werden einmal durch die Heizleiter 113 die Lötkontakte 119 und somit das Lot erwärmt. Des weiteren wird aber auch vor allem die Verbindungsbrücke 122 erwärmt, die die Heizleiter 113 überquert. Deren Erwärmung trägt auch zum Erwärmen und eventuell Aufweichen des Lots an den Lötkontakten 119 bei, wodurch dieser Vorgang beschleunigt wird.
Anstelle einer Isolierschicht 124 kann auch eine Verbindungsbrücke 122 verwendet werden, welche zumindest in dem Bereich, in dem sie den Heizleiter 113 überbrückt, selber elektrisch isoliert ist.
Aus der Schnittdarstellung in Fig. 3 entlang des Heizleiters 113 kann ebenfalls erkannt werden, wie nahe die Verbindungsbrücke 122 an den Heizleitern 113, getrennt durch die Isolierschicht 124, verläuft.
Grundsätzlich kann nach der Erfindung als Verbindungsbrücke ein einfaches Metallstück verwendet werden. Ebenso ist es möglich, ein elektrisch leitfähiges Material mit einer genau definierten bzw. gewünschten Leitfähigkeit auszuwählen. Dies kann zur Folge haben, dass durch den Stromfluss zur Energieversorgung des Heizleiters über die Verbindungsbrücke die Verbindungsbrücke bereits auf eine gewisse Temperatur vorgewärmt wird. Diese Temperatur herrscht dann auch ungefähr an den Lötkontakten. So kann eine noch schnellere Auslösung der Sicherung bei vorgewärmtem Lot und schnellerem Erreichen des Erweichungspunktes erreicht werden.
In Fig. 4 ist eine dritte erfindungsgemäße Ausbildung einer Heizeinrichtung 211 mit einer Sicherung 218 dargestellt. Hier sind Heizleiter 213 vorgesehen. Während die Ausführungen nach den Figuren 1 bis 3 jeweils die Verbindungsbrücke in der Zuleitung zu dem Heizleiter vorsehen, kann bei dieser Ausführung die Sicherung bzw. die Verbindung zur Brücke im Verlauf des Heizleiters selber vorgesehen sein. Dies wäre mit einfacher Abwandlung auch bei den Ausführungen gemäß den Figuren 1 bis 3 möglich.
Die Enden der Heizleiter 213 sind mit Anschlussfeldern 225 verbunden. Über Kontaktzuleitung 220 sind diese wiederum mit Lötkontakten 219 verbunden bzw. einstückig ausgeführt. An den Lötkontakten 219 ist mittels Lot eine Verbindungsbrücke 222 befestigt.
Diese spezielle Ausführung der Verbindungsbrücke 222 ist in etwa umgedreht U-förmig. Von einer Basis 227 gehen Schenkel 228 aus. Die Enden der Schenkel 228, gegenüber der Basis 227 sind mit den Lötkontakten 219 verlötet. Berücksichtigt man nun, dass die Vorrichtung nach Fig. 4 kopfüber eingebaut ist, also mit der Unterseite 217 nach unten, so ergeben sich folgende Vorteile aus einer solchen Ausbildung der Verbindungsbrücke 222.
Wird das Lot, das die Verbindungsbrücke 222 mit den Lötkontakten 219 verbindet, weich, so löst es sich im Prinzip und wird zwar nicht unbedingt flüssig, aber zumindest viskos. Dies bedeutet jedoch noch nicht automatisch, dass die Verbindungsbrücke durch die Schwerkraft abfällt. Die Adhäsionskraft des aufgeweichten flüssigen Lots kann dies, ähnlich wie dies bei einem Wassertropfen der Fall wäre, verhindern. Eine gerade Verbindungsbrücke 122, wie sie beispielsweise aus Fig. 2 hervorgeht, könnte, falls sie nicht schwer genug ist, immer noch an den Lötkontakten 119 anhaften. Dabei wäre über das flüssige Lot sogar noch die elektrische Verbindung gegeben.
Bei der Verbindungsbrücke 222 nach Fig. 4 ist dagegen offensichtlich, dass bei einem Erweichen des Lots an den Lötkontakten 219 das Gewicht der Basis 227 die Verbindungsbrücke sozusagen abhebelt. Damit kann eine flüssigkeitsbasierte Adhäsionskraft auch bei leichten Verbindungsbrücken überwunden werden.
Alternativ zu einer beispielsweise U-förmigen Ausbildung der Verbindungsbrücke kann vorgesehen sein, dass diese an einer Seite einfach weiter über die Linie zwischen den Lötkontakten hinüberreicht. Es kommt also quasi darauf an, dass der Schwerpunkt der Verbindungsbrücke außerhalb der Verbindungslinie zwischen den Lötkontakten liegt.
Wie bereits ausgeführt worden ist, lassen sich die vorgenannten Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung, insbesondere auch die dargestellten Ausführungsbeispiele in den Figuren 1 bis 4, noch umfangreich variieren. Ausführungsmöglichkeiten können den Träger 12, die Art und Form der Heizleiter 13, die Art der elektrischen Zusammenschaltung mit der Sicherung 18, die Lötkontakte 19 sowie die Form der Verbindungsbrücke 22 und deren Verbindung mit den Lötkontakten 19 betreffen. Ebenso ist die Verwendung von leitfähigen Klebern, welche auch die Aufweichungseigenschaften bei einer bestimmten Temperatur aufweisen, möglich. Für den Fachmann sind diese Variationen angesichts der vorstehenden Ausführungen jedoch offensichtlich.

Claims (15)

  1. Heizeinrichtung (11, 111, 211), die eine Sicherungseinrichtung (18, 118, 218), einen Träger (12, 112) und ein Heizelement (13, 113, 213) aufweist mit:
    zwei Kontakten (19, 119, 219) und
    einer Verbindungsbrücke (22, 122, 222), die elektrisch leitend ist und einen Anschluss der Heizeinrichtung an eine Energieversorgung (20) bildet,
    wobei die Verbindungsbrücke an beiden Kontakten (19, 119, 219) elektrisch leitend mechanisch befestigt ist durch Befestigungsmittel, deren Befestigung sich über einen bestimmten Temperatur auflöst, wobei die Sicherungseinrichtung (18, 118, 218) derart an der Heizeinrichtung (11, 111, 211) angeordnet ist, dass die Befestigungsmittel in wärmeleitender Verbindung mit der Heizeinrichtung stehen, wobei die Verbindungsbrücke (22, 122, 222) von den Befestigungsmitteln an den Kontakten (19, 119, 219) gegen ein Wegbewegen infolge der Schwerkraft festgehalten ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbindungsbrücke (222) derart ausgebildet ist, dass beim Lösen der Befestigung an den Kontakten (19, 119, 219) ein Kippmoment gegenüber mindestens einem Kontakt entsteht.
  2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel für die Befestigung der Verbindungsbrücke (22, 122, 222) an den Kontakten (19, 119, 219) Lot sind, wobei vorzugsweise die Kontakte und die Verbindungsbrücke metallisch sind.
  3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Materialzusammensetzung des Lots dessen Erweichungspunkt derart einstellbar ist, dass bei vorgegebener Zuordnung der Befestigung zu der Heizeinrichtung (11, 111, 211) ein Erweichen bei einer bestimmten Temperatur der Heizeinrichtung erfolgt.
  4. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (22, 122, 222) aus einem Metallteil besteht, wobei sie vorzugsweise zwischen Verbindungen mit den Kontakten (19, 119, 219) nach außen isoliert ist, insbesondere mit einer temperaturbeständigen Isolierung, vorzugsweise einer Keramik- oder Glasschicht.
  5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (222) derart ausgebildet ist, dass beim Lösen der Befestigung an den Kontakten (19, 119, 219) ein Kippmoment gegenüber beiden Kontakten entsteht.
  6. Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt der Verbindungsbrücke (22) außerhalb einer Verbindungslinie zwischen den beiden Kontakten (19, 119, 219) liegt, vorzugsweise in einer horizontalen Richtung außerhalb und seitlich neben der Verbindungslinie.
  7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (22) eine ein- oder mehrfache U-Form aufweist.
  8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherungseinrichtung im bestimmungsgemäßen Einsatz der Heizeinrichtung derart an der Heizeinrichtung angeordnet ist, dass die Befestigungsmittel, insbesondere die Verbindungsbrücke (22, 122, 222), in wärmeleitender Verbindung mit der Heizeinrichtung (11, 111, 211) sind, insbesondere dem Heizelement (13, 113, 213).
  9. Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung (18, 118, 218) an dem Träger (12, 112, 212) befestigt ist, vorzugsweise mit möglichst geringer Entfernung, dazu.
  10. Heizeinrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung (18, 118, 218), insbesondere die Verbindungsbrücke (22, 122, 222), in Schwerkraftrichtung gesehen unterhalb der Heizeinrichtung (11, 111, 211) angeordnet ist, vorzugsweise unterhalb des Heizelements (13, 113, 213).
  11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (22, 122, 222) in Schwerkraftrichtung gesehen unterhalb der Kontakte (19, 119, 219) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Kontakte flächig sind und im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verlaufen, und insbesondere auch die Verbindungsbrücke im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verläuft.
  12. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (13, 113, 213) auf einem flächigen Träger (12, 112, 212) angeordnet ist und Kontakte (19, 119, 219) an der Unterseite (17, 117, 217), bezogen auf den späteren Einbau, aufweist, wobei vorzugsweise das Heizelement an der Unterseite angeordnet ist.
  13. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (13, 113, 213) isoliert ist, wobei sich vorzugsweise Heizelement und Verbindungsbrücke (22, 122, 222) überkreuzen mit einer dazwischen angeordneten Isolierung (14, 114, 214), wobei vorzugsweise die Isolierung (14, 114, 214) fest auf das Heizelement (13, 113, 213) aufgebracht ist und flächig ist.
  14. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zu den Kontakten (19, 119, 219) als Widerstand ausgeführt sind, der im Normalbetrieb eine Vorerwärmung der Befestigung an den Kontakten bewirkt.
  15. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbrücke (22, 122, 222) als Widerstand ausgeführt ist, wobei sie vorzugsweise einen bestimmten Temperaturkoeffizienten des Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur aufweist
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