DE1929855A1

DE1929855A1 - Schutzstromkreis fuer eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen

Info

Publication number: DE1929855A1
Application number: DE19691929855
Authority: DE
Inventors: Owers Leonard Charles
Original assignee: Dreamland Electrical Appliances PLC
Current assignee: Dreamland Electrical Appliances PLC
Priority date: 1966-10-10
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1970-12-23
Also published as: AU426931B2; BE735359A; DE1929855B2; GB1155118A; DE1929855C3; AU5589069A; CH498544A

Description

Schutzstromkreis für eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen Die Erfindung bezieht sich auf Schutzstromkreise für elektrisch beheizte Decken oder Kissen.
Bekannt ist die Verwendung koaxialer Doppelkabeln als Heizelemente für elektrisch beheizte Decken oder Kissen. Bei dieser Art Heizelemente wird ein spiralförmig um eine Isolierader gewickelter Widerstandsdraht mit Isoliermaterial umhüllt, und ein zweiter Widerstandsdraht wird spiralförmig über diese Ummamtelung gewickelt, bevor er seinerseits mit Isolierma-terial umhüllt wird. Diese Art Heizelemente wird in Verbindung mit Schutzstromkreisen der Relaistype verwendet, welche die E>tromzufuhr zum Heizelement dann abschalten, wenn aufgrund einer Störung im Heizelement der Energieverbrauch eine festgeuetzte Höhe überschreitet.
Der erfindungsgemäße Schutzstromkreis für elektrisch beheizte Decken oder Kissen umfaßt ein koaxiales Doppe£heizelement mit einem inneren und einem äußeren Leiter, von denen wenigstens einer über eine Wechselstromquelle verbunden ist' ferner eine Sicherung, die mit dem genarmten Leiter in Reihe geschaltet ist und an eine Netzanschlußklemme angrenzt, und einen Halbwellengleichrichter, welcher mit dem genannten Leiter in Reihe geschaltet und mit dem von der Sicherung abgelegenen Ende des Leiters verbunden ist. Dieser Aufbau ist so angeordnet, daß im Falle einer Störung, die zu einer Berührung des inneren und äußeren Leiters des Heizelementes führt, die Energieableitung in der Sicherung sich um mindestens 50% im Vergleich zu normalen Bedingungen erhöht.
Auf diese Weise wird durch den Stromkreis ein Durchschlagen der Sicherung im Störungsfalle sichergestellt. Der Gleichrichter kann aus einer Halbleiterdiode, in einigen Anordnungen jedoch auch aus einem Siliziumgleichrichter, bestehen.
Im folgenden werden vier erfindungsgemäße Stromkreise anhand der Zeichnung beschrieben; die Figuren 1 bis 4 stellen jeweils diese Stiomkreise dar.
In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In jedem Stromkreis weist das Heizelement die Form eines koaxialen Doppelkabels 1 auf, das in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie dargestellt wird. Das Kabel 1 en-thcilt einen inneren Leiter 2 und einen äußeren Leiter 5, die hier der Einfachheit halber in Form zweier Widerstände dargestellt sind. In der Praxis wird der innere Leiter 2 spiralförmig auf eine geeignete Ader aus Isoliermaterial gewickelt. Daran anschließend wird der Leiter 2 mit Isoliermaterial bewickeLt oder umhililt, und zwar beispielsweise mit einem thermoplastischen Material, wie Polyvinylchlorid. Der eiul3eLe Leiter r wird spiralförmig über die Schicht aus Polyvinylchlorid gewickelt und dann seinerseits wiederum mit geeignetem isoiiermc'0t"erial, e-twa ebenfalls Polyvinylchlorid, bewickelt oder ummantelt. Der Erweichungspunkt des zwischen den Leitern 2 und 3 befindlichen Isoliermaterials liegt etwa bei 2000 C; dieser Punkt liegt zwar über der normalerweise vom Kabel 1 erreichten Temperatur, jedoch nicht über.derjenigen Temperatur, die von einem Teil des Leiters im Falle einer örtlichen Uberhitzung erreicht werden kann.
Das Kabel 1 liegt zwischen den beiden Endklemmen 4, über welche mittels eines doppelpoligen Netzschalters eine Wechselstromquelle gelegt ist. Zwischen dem inneren Leiter 2 und der angrenzenden Endklemme 4 ist eine Sicherung in Reihe geschaltet. Die Sicherung 5 kann auch zwischen dem äußeren Leiter 3 und der angrenzenden Endklemme 4 liegen.
Lediglich in den Stromkreisen der Figuren 1 und 2 ist zwischen dem inneren und äußeren Leiter 2 und 3 ein Gleichrichter 6 in Reihe geschaltet, welcher vorzugsweise aus einer Halbleiterdiode besteht.
Durch diesen Gleichrichter 6 unterliegt der durch das Kabel 1 fließende Wechselstrom einer Halbwellengleichrichtung.
Kommt es jedoch im Kabel 1 zu einer größeren Temperaturstörunt, dann erweicht sich das zwischen den Leitern 2 und 5 befindliche Isoliermaterial durch die örtliche uberhitzung bis zu einem Grade, daß die Leiter 2 und 3 in elektrischen Kontakt miteinander treten, In diesem Falle wird der Gleichrichter 6 kurF geschlossen, so daß der an die Endklemmen 4 angelegte Wechselstrom mit beiden Halbwellen durch die Sicherung strömt. Hierdurch wird die Energieableitung in der Sicherung 5 nahezu verdoppelt und verursacht somit ein Durchschlagen, Je näher diese Störung an dem zur Sicherung 5 hinweisenden Kabelende auftritt, desto weniger Widerstand befindet sich im Stromkreis zwischen den Endklemmen 4, und desto stärker ist der Fehlerstrom. Der quadratische Mittelwert der Sicherung 5 wird jedoch so gewählt, daß der Stromkreis auch dann unterbrochen wird, wenn sich die törun ram gelegenen Ende des Kabels 1 entwicke]t, In dem in Fig. 2 gezeigten Stromkreis vervierfacht sich nahezu die Energieableitung in der Sicherung 5 im Falle eines elektrischen Kontaktes zwischen den Leitern 2 und 3.
Die Ursache hierfür liegt darin, daß bei einer Störung der Gleichrichter 6 kurzgeschlossen wird; dieser Kurzschluß führt zu einer Verdoppelung der Energieableitung in der Sicherung 5, welche wiederum durch das Halbieren der tatsächlichen Länge der Leiter 2 und 3 verdoppelt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird diese Vierfachwirkung erzielt, indem das von der Sicherung 5 abgelegene Ende des Leiters 2 durch den Gleichrichter6 mit dem nicht angrenzenden Ende des Leiters 3 verbunden wird, während das angrenzende Ende des Leiters 3 mit der Endklemme 4 verbunden ist.
In dem Stromkreis der Fig. 3 ist der Gleichrichter 6 unmittelbar zwischen dem von der Sicherung 5 abgelegenen Ende des inneren Leiters 2 und der angrenzenden Endklemme 4 in Reihe he geschaltet, und der äußere Leiter 3 ist mit dieser Endklemme 4 in einer geschlossenen Schleife verbunden, so daß normalerweise kein Strom geführt wird. Bei einer Störung wird jedoch der Gleichrichter 6 abermals kurzgeschlossen, und die Energieableitung in der Sicherung 5 erfährt zumindest eine Verdoppelung; bei derartigen Störungen an gewissen Stellen kommt es jedoch zu einer wesentlich stärkeren Vervielfachung der Energisableitung.
In dem Stromkreis entsprechend--der Fig. 4 wird als Halbwellengleichrichter ein Siliziumgleichrichter 7 verwendet, dessen Wirkungsweise durch Impulse gesteuert wird, die seiner Torelektrode durch eine mit dem Gleichrichter 7 parallelgeschaltete Zündleitung 8 zugeführt werden. Die genaue Form des Stromkreises 8 ist unwesentlich; betätigt wird er jedoch durch Auslöseimpulse, die in alternierenden Halbwellen an die Torelektrode angelegt werden. Der Gleichrichter 7 ist daher durchweg während einer jeden alternierenden Halbperiode leitend; während der übrigen Halbperioden ist er nichtleitend.
DieArbeitsweise ist unter normalen sowie fehlerhaften Bedingungen dieselbe wie diejenige des Stromkreises der Fig. l Die Zündleitung 8 läßt sich zur Ausübung einer Steuerfunktion entsprechend abändern, und zwar lassen sich die Energieableitung in den Leitern 2 und 3 und damit die Wärmeausgangsleistung bei normalem Betrieb durch Anderung des Bruchteiles einer jeden alternierenden Halbperiode steuern, währendl welcher der Gleichrichter 7 leitend ist.
Aus diesen Ausführungen geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Stromkreise die Wirkung einer Störung vervielfachen und damit die Stromzufuhr zum Kabel 1 besser und wirkung voller unterbrechen, als wenn der Fehlerstrom nur zum Durchschlagen der Sicherung 5 verwendet würde, Die Beanspruchung der Sicherung 5 wird entsprechend der vom Kabel 1 geführten elektrischen Ladung gewahlt. Auf diese Weise lassen sich Decken oder Kissen unterschiedlicher Größe mit Sicherungen 5 unterschiedlicher Leistung verwenden.
Aus Gründen einer wirtschaftlichen Herstellung ist jedoch die Verwendung von Gleichrichtern mit gleicher Leistung für unter-j schiedliche Decken vorzuziehen.
Das Kabel 1 kann durch den normalen häuslichen Netzanschluß entsprechend den Gegebenheiten des Landes mit 110 oder 220-250 Volt gespeist werden; die Erfindung ist jedoch ebenfalls bei solchen Kabeln anwendbar, welche durch einen Transformator mit niedriger Spannung, beispielsweise 50 Volt oder darunter, gespeist werden.
Die Erfindung kann verschiedene Abwandlungen erfahren, ohne daß ein Abweichen vom Erfindungsgedanken erforderlich wäre.

Claims

Patentansprüche

1. Schutzstronkreis für eine elektrisch beheizte Decke oder ein elektrisch beheiztes Kissen mit einem koaxialen Doppelheizelement, welches einen inneren und äußeren Leiter besitzt, von denen mindestens-einer über eine Wechselstromquelle verbunden ist, mit einer mit diesem Leiter in Reihe geschalteten und an eine Netzanschlußklemme angrenzenden Sicherung, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Halbwellengleichrichter (6), der mit diesem Leiter (2) in Reihe geschaltet und mit dem von der Sicherung (5) abgelegenen Ende dieses Leiters verbunden ist, wobei diese Anordnung so gestaltet ist, daß beim Auftreten einer Störung mit folgender Beruhrung des inneren und äußeren Leiters (2, 3) des koaxialen Heizelementes (1) die Energieableitung in der Sicherung sich um mindestens 50% im Vergleich zum Normalwert erhöht.

2. Stromkreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß sich die Energieableitung in der Sicherung (5) um mindestens 100* im Vergleich zum Normalwert erhöht.

3. Stromkreis nach Anspruch 1, d ad u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß sich die Energisableitung in der Sicherung (5) um mindestens 200 im Vergleich zum Normalwert erhöht.

4. Stromkreis nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beide Leiter (2, 3) miteinander über die Stromquelle in Reihe geschaltet sind und der Gleichrichter (6) zwischen den Leitern angeordnet ist.

5. Stromkreis nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das von der Sicherung (5) abgewandte Ende des an die Sicherung (5) angrenzenden Leiters (2) über den Gleichrichter (6) mit demjenigen Ende des anderen Leiters (3) verbunden ist, welches im koaxialen Heizelement (1) nicht an das erstgenannte Ende angrenzt.

6. Stromkreis nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Leiter (3) in einer geschlossenen Schleife mit der an den Gleichrichter (6) angrenzenden Netzanschlußklemme (4) verbunden ist.

7. Stromkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gleichrichter aus einer Halbleiterdiode (6) besteht.

8. Stromkreis nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Gleichrichter aus einem Siliziumgleichrichter (7) besteht, welcher bei normalem Betrieb während der alternierenden Halbperioden der Energiezufuhr nichtleitend ist.

9. Stromkreis nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t daß eine Zündleitung (8) der Torelektrode des Siliziumgleichrichters (7) Impulse zuführt, wobei der Siliziumgleichrichter durchweg während jeder alternierenden Halbperiode der Energiezufuhr leitet.

10. Stromkreis nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t 9 daß eine Zundleitung der Torelektrode des Siliziumgleichrichters (7) Impulse zuführt, wobei der Siliziumgleichrichter während eines einstellbaren Bruchteiles Jeder Halbperiode der Energiezufuhr leitet.

ilt Stromkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e nn z e i c -h n e t , daß der innere und äußere Leiter (2, 53 durch eine Schicht Polyvinylchlo rid voneinander getreEt sind

12. Elektriech beheizte Decke, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sie einen Stromkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließt.

13. Elektrisch beheiztes Kissen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß es einen Stromkreis nach Anspruch 1 bis 12 einschließt.