DE1929855C3

DE1929855C3 - Schutzstromkreis für eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen

Info

Publication number: DE1929855C3
Application number: DE1929855A
Authority: DE
Inventors: Leonard Charles Southampton Hampshire Owers (Grossbritannien)
Original assignee: DREAMLAND ELECTRICAL APPLIANCES Ltd SOUTHAMPTON HAMPSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: DREAMLAND ELECTRICAL APPLIANCES Ltd SOUTHAMPTON HAMPSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1966-10-10
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1978-11-02
Also published as: GB1155118A; CH498544A; AU426931B2; DE1929855A1; BE735359A; DE1929855B2; AU5589069A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen, mit einem koaxialen Doppelheizelement, und einem inneren und äußeren Leiter, von denen mindestens einer über eine Wechselstromquelle verbunden ist, mit einer mit diesem Leiter in Reihe geschalteten und an eine NelzansehlußklGmmc angrenzenden Sicherung und einer Schutzvorrichtung, welche auf eine Störung als Folge des Kontaktes zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Heizelmentes anspricht derart, daß der durch die i,> Sicherung hindurchgehende Strom größer wird und die Sicherung durchbrennt.

Einen derartigen Schutzstromkreis zeigt die BHPS 6 28 620. Dieser bekannte Stromkreis besitzt eine Schutzvorrichtung in Form von zumindest zwei Gas-Entladeröhren, welche miteinander in Reihe geschaltet sind und parallel zu den Leitern des Heizelementes liegen. Die Gas-Entladeröhren haben eine Zündspannung, welche ein wenig höher liegt als ein vorbestimmtes Verhältnis der Ladespannung, so daß im Falle einer Störung in einem der Leiter als Folge eines offenen Stromkreises die eine dieser Röhren zündet und damit den Strom in der Sicherung erhöht mit der Folge des Durchbrennens dieser Sicherung. Auch zündet eine dieser Röhren und bewirkt ein Durchbrennen der Sicherung im Falle einer Störung, welche die Folge des Kontaktes zwischen den Leitern des Heizelementes ist. Dies tritt allerdings nur dann ein, wenn die Lage des Kontaktes zwischen den Leitern nicht in unmittelbarer Nähe des Mittelpunktes des Elementes ist. Ein Nachteil dieses bekannten Kreises ist es, daß unter bestimmten Umständen ein Kurzschluß zwischen den Leitern unentdeckt bleibt, wobei e.n Überhitzen mit der Folge eintreten kann, daß die Gefahr von Bränden heraufbeschworen wird, die zu Personen- und Sachschäden führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schutzstromkreis der vorerwähnten Art zu schaffen, mit welchem in technisch außerordentlich einfacher Weise sichergestellt wird, daß im Falle eines Kontaktes zwischen den Leitern des Heizelementes in einer jeden beliebigen Stellung über die gesamte Länge des Heizelementes die Sicherung durchbrennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzvorrichtung einen mit diesem einen Leiter in Reihe geschalteten Halbwellen-Gleichrichter aufweist, welcher an das Ende des von der Sicherung entfernt liegenden Leiters angeschlossen ist, und daß im Falle einer Störung als Folge eines Kontaktes zwischen dem inneren und den äußeren Leitern an einer jeden beliebigen Stelle längs des koaxialen Heizelementes der Halbwellen-Gleichrichter in der Weise nebengeschlossen wird, daß der durch die Sicherung fließende Strom sich von einem Halbwellen-Gleichstrom in einen Wechselstrom ändert und die Sicherung dabei durchbrennt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind beide Leiter miteinander über die Stromquelle in Reihe geschaltet, wobei der Gleichrichter zwischen den Leitern angeordnet ist. Der Heizstrom fließt dabei durch beide Leiter und durch den Gleichrichter hindurch, welcher mi' den Leitern in Reihe geschaltet ist und zwischen diesen liegt, wobei in einfacher Weise sichergestellt ist, daß der Gleichrichter im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Leitern nebengeschlossen wi; d. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Gleichrichter zwischen den Enden der von der Sicherung entfernt liegenden Leiter angeordnet.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das von der Sicherung abgewandte Ende des an die Sicherung angrenzenden Leiters über den Gleichrichter mit demjenigen Ende des anderen Leiters verbunden, welches im koaxialen Heizelement nicht an das erstgenannte Ende angrenzt. Ein Vorteil dieser zweiten Ausführiingsform liegt darin, daß der Kontakt zwischen den Leitern an einer jeden beliebigen Stelle längs des Heizelementes im wesentlichen den Widerstand des Elementes herabsetzt, wodurch ein zusätzlicher Stromanstieg zu verzeichnen ist.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführiingsform der Erfindung ist der Leiter in einer geschlossenen

Schleife mit der an den Gleichrichter angrenzenden NeizanschluBklemme verbunden. Auf diese Weise wird lediglieh der eine Leiter zum Heizen verwendet, während der andere Leiter lediglich an dem Betrieb des Stromkreises im Falle einer Störung teilnimmt.

Als Gleichrichter kann eine Halbleiter-Diode vorgesehen werden, wobei der Schutzstromkreis im Aufbau einfach und in der Herstellung billig ist. Als Gleichrichter kann selbstverständlich auch ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter vorgesehen werden, in welchem Falle ein ₎₀ Zündkreis so angeordnet ist, daß er Zündimpulse in die Gitterelektrode in der Weise einsteuert, daß der durch das Heizelement hindurchflieüende Strom die Wärmeleistung der Decke oder des Kissens kontrolliert In diesem besonderen Falle hat der Silizium-GJeichrichter eine Doppelfunktion zu erfüllen: Er muß einmal eine Kurzschluß-Sicherung in Übereinstimmung mit der Erfindung darstellen; zum anderen schafft er für den Normaibetrieb eine Kontrolle der Heizvorrichtung.

Im folgenden werden vier Stromkreise als Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; die Fig. 1 bis 4 stellen jeweils diese Stromkreise 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 enthält einen inneren Leiter 2 und einen äußeren Leiter 3, 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 umhüllt, und zwar beispielsweise mit einem thermoplastischen Material, wie Polyvinylchlorid. Der äußere Leiter 3 wird spiralförmig über die Schicht aus Polyvinylchlorid gewickelt und dann seinerseits wiederum mit geeignetem Isoliermaterial, etwa ebenfalls Polyvinylchlorid, bewickelt oder ummantelt. Der Erweichungspunkt des zwischen den Leitern 2 und 3 befindlichen Isoliermaterials liegt etwa bei 200⁰C; 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 Überhitzung erreicht werden kann.

Das Kabel I liegt zwischen den beiden Endklemmen 4, über welche mittels eines doppelpoligen Netzschalters eine Wechselstromquelle gelegt ist. Zwischen dem inneren Leiter 2 und der angrenzenden Endklernme 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 Fig. 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 _M) größeren Temperaturstöning. dann erweicht sich das zwischen den Leitern 2 und 3 befindliche Isoliermaterial durch die örtliche Überhitzung bis zu einem Grade, daß die Leiter 2 und 3 in elektrischen Kontakt miteinander treten. In diesem Falle wird der Gleichrichter 6 ,,-, kurzgeschlossen, so daß der an die F.ndklernmen 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. Die Nennstromstärke der Sicherung 5 wird jedoch so gewählt, daß der Stromkreis auch dann unterbrochen wird, wenn sich die Störung am abgelegenen Ende des Kabels 1 entwickelt.

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 tatsächlicher Länge der Leiter 2 und 3 verdoppelt wird. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, wird diese Vierfachwirkung erzielt, indem das von der Sicherung S abgelegene Ende des Le^;'ers 2 durch den Gleichrichter 6 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 F i g. 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 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 Energieableitung.

In dem Stromkreis entsprechend der Fig.4 wird als Halbwellengleichrichter ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 7 verwendet, dessen Wirkungsweise durch Impulse gesteuert wird, die seiner Torelektrode durch eine mitHemGleichrichte^parallelgeschalteteZündleitunge zugeführt werden. Die genaue Form des Stromkreises 8 ist unwesentlich; betätigt wird er jedoch durch Auslöseimpulse, die in alternierenden Halbweüen an die Torelektrode angelegt werden. Der Gleichrichter 7 ist daher durchweg während einer jeden alternierenden Halbperiode leitend; während der übrigen Halbperioden ist er nichtleitend. Die Arbeitsweise ist unter normalen sowie fehlerhaften Bedingungen dieselbe wie diejenige des Stromkreises der Fig. I.

Die Zündleitung 8 läßt sich zur Ausübung einer Sieuerfunktion entsprechend abändern, und zwar lasse·,! sich die Energieableitung in den Leitern 2 und 3 und di.mii die Wärmeausgangsleistung bei normalem Betrieb durch Änderung des Bruchteiles einer jeden alternierenden Halbperiode steuern, während welcher der Gleichrichter 7 leitend ist.

Aus diesen Ausführungen geht hervor, daß die beschriebenen Stromkreise die Wirkung einer Störung vervielfachen und damit die Stromzufuhr zum Kabel 1 besser und wirkungsvoller unterbrechen, als wenn der Fehlerstrom nur zum Durchschlagen der Sicherung 5 verwendet würde.

Der Nennwert der Sicherung 5 wird entsprechend der vom Kabel 1 geführ'en elektrischen Leistung gewählt. Auf diese Weise lassen sich Decken oder Kissen unterschiedlicher Größe mit Sicherungen 5 unterschiedlichen Nennwertes verwenden. Aus Gründen einer

wirtschaftlichen Herstellung ist jedoch die Verwendung von Gleichrichtern mit gleicher Leistung für unterschiedliche Decken vorzuziehen.

Das Kabel I kann durch den normalen häuslichen Netzanschluß entsprechend den Gegebenheiten des Landes mit IIO oder 220-250 Volt gespeist werden; d Schaltung ist jedoch ebenfalls bei solchen Kabe anwendbar, welche durch einen Transformator m niedriger Spannung, beispielsweise 50 Volt odi darunter, gespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzstromkreis für eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen, mit einem koaxialen Doppelheizelement, und einem inneren und äußeren Leiter, von denen mindestens einer über eine Wechselstromquelle verbunden ist, mit einer mit diesem Leiter in Reihe geschalteten und an eine Netzanschlußklemme angrenzenden Sicherung und einer Schutzvorrichtung, welche auf eine Störung als Folge des Kontaktes zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Heizelementes anspricht derart, daß der durch die Sicherung hindurchgehende Strom größer wird und die Sicherung durchbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung einen mit diesem einen Leiter (2) in Reihe geschalteten Halbwellen-Gleichrichter (6) aufweist, welcher an das Ende des von der Sicherung (5) entfernt liegenden Leiters angeschlossen ist, und daß im Falle einer Störung als Folge eines Kontaktes zwischen dem inneren und den äußeren Leitern (2,3) an einer jeden beliebigen Stelle längs des koaxialen Heizelementes (I) der Halbwellen-Gleichrichter (6) in der Weise nebengeschlossen wird, daß der durch die Sicherung fließende Strom sich von einem Halbwellen-Gleichstrom in einen Wechselstrom ändert und die Sicherung dabei durchbrennt.

2. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leiter (2,3) miteinander über die Stromquelle in Reihe geschaltet sind und der Gleichrichter (6) zwischen den Leitern angeordnet ist.

3. Stromkreis nach Artspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Sicherung (5) abgewandte Ende des an die Sicherung (5) angrenzenden Leiters J5 (2) über den Gleichrichter (6) mit demjenigen Ende des anderen Leiters (3) verbunden ist, welches im koaxialen Heizelement (I) nicht an das erstgenannte Ende angrenzt.

4. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (3) in einer geschlossenen Schleife mit der an den Gleichrichter (6) angrenzenden Netzanschlußklemme (4) verbunden ist.

5. Stromkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbwellen-Gleichrichter ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter ist, und daß der Zündkreis so angeordnet ist, daß er Zündimpulse in die Gitterelektrode in der Weise einsteuert, daß der durch das Heizelement hindurchfließende Strom die Wärmeleistung der Decke oder des Kissens kontrolliert.