DE202019105091U1 - Steuerungseinrichtung für ein Heizelement - Google Patents

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Abstract

Steuerungseinrichtung (100) für wenigstens ein Heizelement (20), insbesondere eine elektrische Flächenheizung, umfassend wenigstens einer Stromversorgungseinheit (10) mit einem primärseitigen Eingang (42) und wenigstens einem sekundärseitigen Ausgang (44), welche Stromversorgungseinheit (10) am Ausgang (44) eine Niederspannung, insbesondere eine Niederspannung kleiner als oder gleich wie 60V, insbesondere im Bereich 24V bis 48V, bereitstellt und welche Stromversorgungseinheit (10) zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen Heizelements (20) vorgesehen ist, wobei am wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang (44) der Stromversorgungseinheit (10) ein Ausgangsrelais (16) vorgesehen ist, welches den wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang (44) mit dem wenigstens einen Heizelement (20) verbindet.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für wenigstens ein Heizelement, insbesondere eine elektrische Flächenheizung sowie eine Verwendung eines Relais für eine Steuerungseinrichtung.
  • Im Baubereich werden bei der Sanierung von Gebäuden oder im Neubau vermehrt Flächenheizungen mit elektrischen Heizelementen eingebaut. Die Heizelemente können als Wand-, Decken-, oder Fußboden-Heizung eingesetzt werden. Diese Flächenheizungen werden häufig mit Heizfolien als elektrische Heizelemente, insbesondere mit Carbon-Heizfolien, welche mit Kohlefasern oder sogenannten Carbon-Nanotubes versehen sind, ausgestattet. Die Heizfolien weisen typischerweise einen elektrischen Flächenwiderstand auf, der in der Größenordnung von 2 bis 100 Ohm/m2 für Heizleistungen von 20 bis 1000 W/m2 liegt.
  • Elektrische Flächenheizungen im Niederspannungsbereich 2V - 60V, meist 24V, 36V oder 48V, werden oft mit Ringkerntransformatoren oder Netzteilen betrieben. Ringkerntransformatoren werden auf Grund ihrer kompakten Bauweise und ihres vergleichsweise geringen Streufeldes eingesetzt. Die Transformatoren werden auf der Primärseite durch Thermostate oder Regler geschaltet. Die Ringkerntransformatoren oder Netzteile wandeln 230VAC in z.B. 36VAC oder 36VDC, welche zum Betrieb der Flächenheizungen genutzt werden.
  • Durch die Schaltung auf der Primärseite wird üblicherweise für jeden beheizten Raum ein eigener Transformator oder Netzteil verwendet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine effiziente Steuerungseinrichtung für eine elektrische Flächenheizung zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es wird eine Steuerungseinrichtung für wenigstens ein Heizelement, insbesondere eine elektrische Flächenheizung, vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Stromversorgungseinheit mit einem primärseitigen Eingang und wenigstens einem sekundärseitigen Ausgang. Die Stromversorgungseinheit stellt am Ausgang eine Niederspannung, insbesondere eine Niederspannung kleiner als oder gleich wie 60V, insbesondere im Bereich 24V bis 48V, bereit. Die Stromversorgungseinheit ist zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen Heizelements vorgesehen. Dabei ist am wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit ein Ausgangsrelais vorgesehen, welches den wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang mit dem wenigstens einen Heizelement verbindet.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung dient zum Schalten und/oder Regeln von hohen Strömen beim Einsatz von Heizelementen, insbesondere von elektrischen Flächenheizungen. Auf der Sekundärseite von Stromversorgungseinheiten, insbesondere in der Form von Transformatoren, Ringkerntransformatoren und/oder Netzteilen werden elektrische Heizelemente und elektrische Flächenheizungen geschaltet und/oder geregelt.
  • Ein Transformator oder ein Netzteil transformiert eine erste, primärseitig anliegende Spannung, insbesondere eine Netzspannung, auf eine zweite Spannung, insbesondere eine Niederspannung am sekundärseitigen Ausgang. Auf diese Weise können Ströme von beispielsweise bis zu 300A mittels einer effizienten Anordnung von Schaltkomponenten geschaltet werden. Ein Schaltsignal eines Thermostats oder eines Aktors kann auf vorteilhafte Weise von beispielsweise 230VAC in 24VDC gewandelt werden. Dadurch kann günstig die elektrische Leistung für die elektrischen Heizelemente und/oder Flächenheizungen bereitgestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung sieht vor, dass beispielsweise eine Stromversorgungseinheit, insbesondere ein Ringkerntransformator am sekundärseitigen Ausgang, der beispielsweise 12V bis 60V bereitstellen kann, geschaltet wird. Die Stromversorgungseinheit wird zum Betrieb des Heizelements nur einmal über den primärseitigen Eingang eingeschaltet. Die elektrische Leistung für die in einzelnen Räumen verteilten Heizelemente wird am sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit hinzu oder abgeschaltet.
  • Das Ausgangsrelais kann vorteilhaft ein Hochleistungs-Relais sein, insbesondere ein Hochstrom-Niederstrom-Relais sein, mit einer Niederspannung von höchstens 100VDC, vorzugsweise von höchstens 60VDC, besonders bevorzugt von höchstens 12VDC, angesteuert sein und Nennströme von mindestens 100A, vorzugsweise mindestens 300A, besonders bevorzugt mindestens 500A bereitstellen.
  • Das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit mit beispielsweise 300A Nennstrom kann von einem Schaltrelais mit einem Niederspannungssignal von beispielsweise 12V bis 24V geschaltet werden, welches wiederum über einen Thermostaten gesteuert werden kann. Jeder Standard-Thermostat oder jeder Schaltaktor mit beispielsweise 230VAC Ausgangsspannung kann wiederum das Schaltrelais schalten. Dieses Schaltrelais, welches vorteilhaft als Schaltnetzteil ausgebildet sein kann, kann beispielsweise 230VAC in 24VDC wandeln und auf diese Weise das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang durchschalten. Dieses Ausgangsrelais mit beispielsweise 300A Nennstrom kann dann die jeweilige Leistung des Heizelements in einem bestimmten Raum schalten.
  • Die hohen Einschaltströme von insbesondere Ringkerntransformatoren können durch ein Versorgungsschaltrelais am primärseitigen Eingang der Stromversorgungseinheit begrenzt werden. Eine Halbwellenausfallerkennung, welche günstigerweise in das Versorgungsschaltrelais integriert sein kann, kann einen Ausfall der Steuerungseinrichtung bei Netzschwankungen verhindern.
  • Mit der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung können mit einer Stromversorgungseinheit Heizelemente in verschiedenen Räumen eines Gebäudes elektrisch versorgt werden. Vorteilhaft ist jeweils nur eine Stromversorgungseinheit für die Steuerungseinrichtung nötig, der auf diese Weise kosteneffizient zur zentralen Versorgungseinheit für ein gesamtes Gebäude dienen kann. Mit der Steuerungseinrichtung kann so eine besonders effiziente Versorgung einer elektrischen Flächenheizung sichergestellt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann das Ausgangsrelais mit einem Schaltrelais verbunden sein, welches insbesondere über einen Thermostaten und/oder einen Schaltaktor steuerbar ist. Ein Heizelement kann auf diese Weise besonders günstig temperaturabhängig und/oder zeitabhängig über das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit geschaltet werden. Jeder Standard-Thermostat oder jeder Schaltaktor mit beispielsweise 230VAC Ausgangsspannung kann wiederum das Schaltrelais, welches beispielsweise auf 230VAC Eingangsspannung ausgelegt sein kann, schalten. Das Schaltrelais, das vorteilhaft als Schaltnetzteil ausgebildet sein kann, kann beispielsweise 230VAC in 24VDC wandeln und auf diese Weise das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang, welches beispielsweise für ein Niederspannungssignal ausgelegt sein kann, durchschalten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann der primärseitige Eingang der Stromversorgungseinheit mit einem Versorgungsschaltrelais verbunden sein, wobei das Versorgungsschaltrelais insbesondere eine Einschaltstrombegrenzung und/oder eine Halbwellenausfallerkennung aufweist. Dadurch lassen sich die hohen Einschaltströme von insbesondere Ringkerntransformatoren am primärseitigen Eingang des Transformators begrenzen.
  • Das Versorgungsschaltrelais kann beispielsweise über eine elektronische Schutzschaltung eine Vormagnetisierung des Transformators bewirken, welche einen zu hohen Einschaltstrom begrenzt. Eine elektronische Halbwellenausfallerkennung, welche ebenfalls günstigerweise in das Versorgungsschaltrelais integriert sein kann, kann wirksam einen Ausfall der Steuerungseinrichtung bei Netzschwankungen verhindern.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann das Heizelement als ein Flächenheizelement, insbesondere eine Heizfolie, bevorzugt eine Carbon-Heizfolie ausgebildet sein. Elektrische Flächenheizungen werden häufig mit Heizfolien als elektrische Heizelemente, insbesondere mit Carbon-Heizfolien, welche mit Kohlefasern oder so genannten Carbon-Nanotubes versehen sind, ausgestattet. Diese Heizfolien weisen elektrische Kennwerte auf, welche sich mit üblichen Stromversorgungseinheiten wie etwa Transformatoren auf effiziente Weise elektrisch versorgen lassen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann das Ausgangsrelais als Hochleistungs-Relais, insbesondere als Niederspannungs-Hochstrom-Relais, ausgebildet sein. Mit einem solchen Hochleistungs-Relais kann eine besonders effiziente Steuerungseinrichtung für ein oder mehrere Heizelemente aufgebaut werden, da solche Hochleistungs-Relais elektrische Kenndaten aufweisen, welche für eine derartige Heizungssteuerung günstig sind. Hochleistungs-Relais werden üblicherweise mit einer Niederspannung im Bereich von 12V bis 48V geschaltet und weisen hohe Nennströme im Bereich von bis zu 500A auf. Dadurch können sie zur Steuerung von Heizfolien besonders vorteilhaft verwendet werden. Solche Hochleistungs-Relais werden in sehr großen Stückzahlen produziert und sind demzufolge kostengünstig erhältlich, wodurch sich eine kostengünstige Steuerungseinrichtung für ein Heizelement realisieren lässt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann das Schaltrelais als Schaltnetzteil ausgebildet sein. Vorteilhaft kann das Schaltrelais insbesondere eine Ansteuerspannung in Höhe der Netzspannung und eine Ausgangsspannung im Niederspannungsbereich kleiner oder gleich 24V aufweisen.
  • Das Schaltnetzteil kann beispielsweise 230VAC, welche von einem Thermostaten oder Schaltaktor als Steuersignal geliefert werden, in 24VDC wandeln und auf diese Weise das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang, welches beispielsweise für ein Niederspannungssignal ausgelegt sein kann, durchschalten. Solche Schaltrelais werden in großen Stückzahlen produziert und sind demzufolge kostengünstig erhältlich, wodurch sich eine kostengünstige Steuerungseinrichtung für ein Heizelement realisieren lässt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann die Stromversorgungseinheit ein Ringkerntransformator sein. Ringkerntransformatoren vereinigen auf günstige Art hohe Leistungen mit kompakter Bauweise und geringem magnetischem Streufeld und sind demzufolge für eine Verwendung in einem Gebäude für eine Heizungssteuerung vorteilhaft geeignet. Alternativ kann die Stromversorgungseinheit ein Netzteil sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung können an die Stromversorgungseinheit mehrere Heizelemente angeschlossen sein. Insbesondere ein Ringkerntransformator kann auf effiziente Weise mehrere Heizelemente gleichzeitig mit elektrischer Leistung versorgen, sodass mit nur einer Stromversorgungseinheit eine Flächenheizung eines ganzen Gebäudes elektrisch betrieben werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann das wenigstens eine Heizelement über Klemmen, insbesondere über wenigstens eine Sicherungsklemme und eine Klemme mit dem Ausgangsrelais verbunden sein. Insbesondere Sicherungsreihenklemmen oder Durchgangsklemmen sind elektrische Standardbauteile, welche insbesondere im Installationsbereich, beispielsweise in einer sogenannten Hutschienen-Aufbauweise, vielfältig verwendet werden. Damit sind die Bauteile kostengünstig, sodass sich damit eine effiziente Steuerungseinrichtung aufbauen lässt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann wenigstens eines von Ausgangsrelais, Schaltrelais, Sicherungsklemmen, Klemmen, auf einer Tragschiene, insbesondere einer Hutschiene, montiert sein. Alternativ oder zusätzlich können zwei oder mehr dieser Komponenten auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein.
  • Elektrische Standardbauteile werden insbesondere im Installationsbereich häufig mit einer sogenannten Hutschienen-Aufbauweise kombiniert. Damit lassen sich auf besonders einfache Art Steuerungsgehäuse schnell aufbauen. Für die Hutschienentechnik sind außerdem die vielfältigsten Bauteile, bis hin zu PCs erhältlich. Solche Bauteile sind kostengünstig, sodass sich damit eine effiziente Steuerungseinrichtung aufbauen lässt.
  • Darüber hinaus kann ein standardisierter, insbesondere modularer Aufbau einer Steuerungseinrichtung in einem Steuerungsgehäuse ermöglicht werden, so dass die Steuerungseinrichtung auf einfache Weise an unterschiedliche Größen und Anzahl von Flächenheizungen in Gebäuden angepasst werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung kann ein Steuerungsgehäuse zur Aufnahme von wenigstens einem Ausgangsrelais, einem Schaltrelais, und/oder einer Sicherungsklemme und/oder einer Klemme vorgesehen sein. Insbesondere kann das Steuerungsgehäuse zur Aufnahme von wenigstens einer Stromversorgungseinheit, und einem Ausgangsrelais, einem Schaltrelais, und/oder einer Sicherungsklemme und/oder einer Klemme vorgesehen sein. Mittels der Integration aller benötigten Komponenten der Steuerungseinrichtung in einem Steuerungsgehäuse kann eine besonders kompakte Einheit für eine Heizungssteuerung dargestellt werden, die sich auf günstige Weise in ein Gebäude auf kleinem Bauraum integrieren lässt.
  • Ein günstiges Verfahren zum Betreiben einer Steuerungseinrichtung für wenigstens ein Heizelement, insbesondere einer elektrischen Flächenheizung, umfassend wenigstens einer Stromversorgungseinheit mit einem primärseitigen Eingang und wenigstens einem sekundärseitigen Ausgang, sieht vor, dass die Stromversorgungseinheit am Ausgang eine Niederspannung, insbesondere eine Niederspannung kleiner als oder gleich 60V, insbesondere im Bereich 24V bis 48V, bereitstellt. Die Stromversorgungseinheit ist zur Versorgung des wenigstens einen Heizelements vorgesehen, wobei am wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit ein Ausgangsrelais vorgesehen ist, welches den wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang mit dem wenigstens einen Heizelement verbindet.
  • Die Stromversorgungseinheit wird erst mit der Netzspannung verbunden, danach wird die Niederspannung auf das Ausgangsrelais für das wenigstens eine Heizelement durchgeschaltet.
  • Die Stromversorgungseinheit muss vorteilhaft zum Betrieb des wenigstens einen Heizelements nur einmal über den primärseitigen Eingang eingeschaltet werden. Die elektrische Leistung für die in einzelnen Räumen verteilten Heizelemente wird am sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit hinzugeschaltet oder abgeschaltet. Das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang kann von einem Schaltrelais geschaltet werden, welches wiederum über einen Thermostaten gesteuert werden kann. Das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang kann dann die jeweilige Leistung des Heizelements in einem bestimmten Raum schalten.
  • Da die Stromversorgungseinheit beim Betrieb der Heizung nur einmal eingeschaltet werden muss, muss der hohe Einschaltstrom auch nur einmal begrenzt werden. Dadurch lässt sich die Lebensdauer der beteiligten Bauelemente verlängern.
  • Mit dem Betriebsverfahren einer elektrischen Flächenheizung können mit einer Stromversorgungseinheit Heizelemente in verschiedenen Räumen eines Gebäudes elektrisch versorgt und geschaltet werden. Dadurch kann eine besonders effiziente Versorgung einer elektrischen Flächenheizung sichergestellt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ausgangsrelais über ein Schaltrelais geschaltet werden. Insbesondere kann das Ausgangsrelais in Abhängigkeit eines Ausganssignals eines Thermostaten und/oder eines Schaltaktors geschaltet werden. Ein Heizelement kann auf diese Weise besonders günstig temperaturabhängig und/oder zeitabhängig über das Ausgangsrelais am sekundärseitigen Ausgang der Stromversorgungseinheit geschaltet werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der primärseitige Eingang der Stromversorgungseinheit über ein Versorgungsschaltrelais gesteuert werden, wobei das Versorgungsschaltrelais insbesondere eine Einschaltstrombegrenzung und/oder eine Halbwellenausfallerkennung aufweist. Dadurch lassen sich die hohen Einschaltströme von insbesondere Ringkerntransformatoren am primärseitigen Eingang des Transformators begrenzen. Eine elektronische Halbwellenausfallerkennung, welche ebenfalls günstigerweise in das Versorgungsschaltrelais integriert sein kann, kann wirksam einen Ausfall der Steuerungseinrichtung bei Netzschwankungen verhindern.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung eines Hochleistungs-Relais als Ausgangsrelais einer Steuerungseinrichtung für wenigstens ein Heizelement, insbesondere eine elektrische Flächenheizung, vorgeschlagen. Mit einem solchen Hochleistungs-Relais kann eine besonders effiziente Steuerungseinrichtung für ein oder mehrere Heizelemente aufgebaut werden, da solche Hochleistungs-Relais elektrische Kenndaten aufweisen, welche für eine Heizungssteuerung günstig sind. Hochleistungs-Relais werden üblicherweise mit einer Niederspannung im Bereich von 5V bis 48V geschaltet und weisen hohe Nennströme im Bereich von bis zu 500A auf. Dadurch können sie zur Steuerung von Heizfolien vorteilhaft verwendet werden. Solche Hochleistungs-Relais werden in sehr großen Stückzahlen produziert und sind demzufolge kostengünstig erhältlich, wodurch sich eine kostengünstige Steuerungseinrichtung für ein Heizelement realisieren lässt.
  • Zeichnung
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen beispielhaft:
    • 1 ein Blockschaltbild einer Steuerungseinrichtung für wenigstens zwei Heizelemente, insbesondere einer elektrischen Flächenheizung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 2 eine Draufsicht auf ein Steuerungsgehäuse mit integrierten Komponenten einer Steuerungseinrichtung für wenigstens vier Heizelemente, insbesondere einer elektrischen Flächenheizung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerungseinrichtung 100 für zwei Heizelemente 20, insbesondere einer elektrischen Flächenheizung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Steuerungseinrichtung 100 umfasst eine Stromversorgungseinheit 10, die in diesem Ausführungsbeispiel als Transformator 11 ausgebildet ist, mit einem primärseitigen Eingang 42 und wenigstens einem sekundärseitigen Ausgang 44. Der Transformator 11 kann auch mehrere Ausgänge 44 mit verschiedenen Sekundärspannungsabgriffen aufweisen. Das in 1 dargestellte Transformatorsymbol weist beispielsweise Sekundärspannungsabgriffe von 24V, 32V, und 45V auf. Weiter kann der Transformator 11 beispielsweise einen Temperaturschutzschalter 46 aufweisen, der beispielsweise bei Überschreiten einer Grenztemperatur (hier 130°C) die Primärseite abschaltet.
  • Der Transformator 11 transformiert eine erste Spannung, insbesondere eine Netzspannung auf der Primärseite auf eine zweite Spannung auf der Sekundärseite, insbesondere eine Niederspannung, insbesondere eine Niederspannung kleiner als oder gleich wie 60V, insbesondere im Bereich 24V bis 48V.
  • Der primärseitige Eingang 42 des Transformators 11 ist über ein Versorgungsschaltrelais 12 mit dem Netzanschluss 14 verbunden, um die Stromversorgungseinheit 10 einzuschalten oder auszuschalten.
  • Das Versorgungsschaltrelais 12 kann beispielsweise ein elektronisches Relais, oder ein Einschaltstrombegrenzer zum Schalten von Transformatoren sein. Solche elektronischen Relais können einen oder mehrere Einphasentransformatoren im Leerlauf oder unter Last ohne Einschaltstromstoß einschalten. Durch dieses Sanft-Einschalt-Verfahren wird der Einschaltstromstoß vermieden und nicht nur begrenzt. Weiter können solche elektronischen Relais über eine Halbwellenausfallerkennung mit insbesondere einer schnellen Wiedereinschaltung verfügen.
  • Das Versorgungsschaltrelais 12 weist so insbesondere eine Einschaltstrombegrenzung und/oder eine Halbwellenausfallerkennung auf. Der primärseitige Eingang 42 des Transformators 11 kann so über das Versorgungsschaltrelais 12 gesteuert werden, dass hohe Einschaltströme begrenzt oder sogar vermieden werden. Außerdem kann über die Halbwellenausfallerkennung ein mögliches Ausschalten der Steuereinrichtung bei Netzschwankungen vermieden oder zumindest auf ein möglichst geringes Zeitintervall begrenzt werden.
  • Der Transformator 11, der als Ringkerntransformator ausgebildet sein kann, ist zur elektrischen Versorgung der beiden Heizelemente 20 vorgesehen, welche in zwei schematisch eingezeichneten Räumen 50, 52 eines Gebäudes angeordnet sind. Die Heizelemente 20 können beispielsweise als Flächenheizelemente, insbesondere eine Heizfolie, bevorzugt eine so genannte Carbon-Heizfolie, ausgebildet sein.
  • Am sekundärseitigen Ausgang 44 des Transformators 11 ist jeweils ein Ausgangsrelais 16 vorgesehen ist, welches den sekundärseitigen Ausgang 44 mit dem Heizelement 20 verbindet. Ein Widerstandssymbol im Heizelement 20 soll den elektrischen Verbraucher symbolisieren.
  • Das Ausgangsrelais 16 ist jeweils mit einem Schaltrelais 18 verbunden, welches über einen Thermostaten 22 gesteuert wird. Der Ausgang des Ausgangsrelais 16 wird so über das Schaltrelais 18 geschaltet, insbesondere in Abhängigkeit eines Ausganssignals des Thermostaten 22. Dadurch kann eine Temperaturregelung der Ansteuerung des Heizelements 20 realisiert werden.
  • Das Schaltrelais 18 kann als Schaltnetzteil ausgebildet sein, und kann insbesondere eine Ansteuerspannung in Höhe der Netzspannung, 230VAC, und eine Ausgangsspannung im Niederspannungsbereich zwischen 5V und 48V, insbesondere kleiner oder gleich 24V aufweisen. Ausgangsspannungen von üblichen Thermostaten oder Schaltaktoren liegen häufig bei 230VAC, während Ansteuerspannungen von Ausgangsrelais 16 zum Schalten hoher Ströme üblicherweise im Niederspannungsbereich liegen. Typische Ausgangsleistungen solcher Schaltrelais 18 können in der Größenordnung von 10W liegen, sodass ein Ausgangsrelais 16 im Niederspannungsbereich damit zuverlässig geschaltet werden kann.
  • Ausgangsrelais 16, Schaltrelais 18 und Thermostat 22 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für die elektrische Versorgung jeden Raums 50, 52 getrennt vorgesehen. Als Ausgangsrelais 16 ist Hochleistungs-Relais, insbesondere die Verwendung eines Niederspannungs-Hochstrom-Relais, in der Steuerungseinrichtung 100 vorgesehen. Ein solches Ausgangsrelais 16 kann mit 24VDC geschaltet werden und einen entsprechenden Nennstrom von 300A aufweisen, der für den Betrieb von Heizelementen 20 für eine elektrische Flächenheizung ausreichend ist.
  • Der Betrieb der Steuerungseinrichtung 100 sieht vor, dass der Transformator 11 zuerst mit der Netzspannung am Netzanschluss 14 verbunden wird, wobei mögliche Einschaltstromspitzen durch das Versorgungsschaltrelais am primärseitigen Eingang 42 des Transformators 11 begrenzt werden. Ist der Transformator 11 mit dem Netzanschluss 14 verbunden, kann die Niederspannung des sekundärseitigen Ausgangs 44 auf das Ausgangsrelais 16 für das Heizelement 20 durchgeschaltet werden. Danach kann der Ausgang 48 des Ausgangsrelais 16 so über das Schaltrelais 18 insbesondere in Abhängigkeit eines Ausganssignals des Thermostaten 22 geschaltet werden. Damit wird das Heizelement 20 mit elektrischer Leistung versorgt.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Steuerungsgehäuse 40 mit integrierten Komponenten einer Steuerungseinrichtung 100 für wenigstens vier Heizelemente, insbesondere einer elektrischen Flächenheizung, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In dem Steuerungsgehäuse 40 in 2 sind ein Ringkerntransformator 11 mit einem Versorgungsschaltrelais 12, sowie das Ausgangsrelais 16, das Schaltrelais 18, die Sicherungsreihenklemmen 24, 25, und die Durchgangsklemmen 26, 27 für die elektrische Versorgung von wenigstens vier Heizelementen verbaut. Ausgangsrelais 16, Schaltrelais 18, Sicherungsreihenklemmen 24, 25, und Durchgangsklemmen 26, 27 sind jeweils auf einer Tragschiene 28 in Form einer Hutschiene montiert. Bezugszeichen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur für die Versorgung eines Heizelements angegeben.
  • Ein Heizelement (in 2 nicht dargestellt) wird dabei beispielsweise über die Klemmen 24, 26 mit dem Ausgang 48 des Ausgangsrelais 16 verbunden. Klemme 24 ist beispielsweise als Sicherungsreihenklemme und Klemme 26 als Durchgangsklemme ausgebildet. Ein anderes Heizelement ist beispielsweise über die Klemmen 25, 27 mit dem Ausgang 48 des entsprechenden Ausgangsrelais 16 verbunden. Klemme 25 ist beispielsweise als Sicherungsreihenklemme und Klemme 27 als Durchgangsklemme ausgebildet.
  • Ein Thermostat 22 steuert das Schaltrelais 18 an. Natürlich können auch für die anderen Schaltrelais 18 in dem Steuerungsgehäuse 40 eigene Thermostaten 22 vorgesehen sein.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel in 2 ist als Stromversorgungseinheit 10 ein Transformator 11 in Form eines Ringkerntransformators mit einer Leistung von beispielsweise 2400VA vorgesehen. Eine Eingangsspannung von 230VAC wird über das Versorgungsschaltrelais 12 mit maximal 16A auf den primärseitigen Eingang 42 des Transformators 11 geschaltet.
  • Die Ausgangsspannung am sekundärseitigen Ausgang 44 beträgt 24VAC und wird über die Anschlussleitungen 34 auf das Ausgangsrelais 16 gespeist, welches einen Nennstrom von 300A aufweist. Das Ausgangsrelais 16 wird über das Schaltrelais 18, welches sein Signal über den Thermostat 22 bekommt, angesteuert. Der Ausgang des Ausgangsrelais 16 mit dem Heizstrom wird über die Anschlussleitungen 36 auf die Sicherungsreihenklemmen 24, sowie über die Anschlussleitungen 38 auf die Durchgangsklemmen 26 gespeist. Heizelemente sind jeweils über die symbolisch angedeuteten Anschlussleitungen 30, bzw. 34 an die Sicherungsreihenklemmen 24 und die Durchgangsklemmen 26 angeschlossen.
  • In dem Steuerungsgehäuse 40 sind in einem vierten Strang weitere Sicherungsreihenklemmen 25 sowie Durchgangsklemmen 27 angeordnet, welche als größere Einheiten eingezeichnet sind. Diese Sicherungsreihenklemmen 25 und Durchgangsklemmen 27 können zum Anschluss von mehreren Heizelementen mit mehr Klemmen ausgebildet sein.
  • Eine solche Steuerungseinrichtung 100 für eine Flächenheizung kann sehr kompakt aufgebaut werden. Mit den angegebenen elektrischen Werten der einzelnen Komponenten kann beispielsweis ein Durchmesser des Ringkerntransformators 11 typischerweise L3=260 mm betragen. Eine Länge einer Hutschiene kann L4=230 mm, eine Höhe der Klemmen 24, 25, 26, 27 und Schaltrelais 18 kann L5=90 mm betragen. Somit können alle Komponenten in einem Steuerungsgehäuse 40 von L1=400 mm und L2=550 mm untergebracht werden.
  • Die Anordnung erlaubt einen modularen Aufbau einer Steuerungseinrichtung 100.
    • 10
    Stromversrogungseinheit
    11
    Transformator
    12
    Versorgungsschaltrelais
    14
    Netzanschluss
    16
    Ausgangsrelais
    18
    Schaltrelais
    20
    Heizelement
    22
    Thermostat
    24
    Sicherungsreihenklemmen
    25
    Sicherungsreihenklemmen
    26
    Durchgangsklemmen
    27
    Durchgangsklemmen
    28
    Hutschiene
    30
    Anschluss Heizelement
    32
    Anschluss Heizelement
    34
    Anschluss Schaltrelais
    36
    Anschluss Sicherungsreihenklemmen
    38
    Anschluss Durchgangsklemmen
    40
    Steuerungsgehäuse
    42
    Primärseite
    44
    Sekundärseite
    46
    Temperaturschutzschalter
    48
    Ausgang
    50
    Raum
    52
    Raum
    100
    Steuerungseinrichtung
    L1
    Höhe Steuergehäuse
    L2
    Länge Steuergehäuse
    L3
    Durchmesser Trafo
    L4
    Länge Hutschiene
    L5
    Höhe Klemmen

Claims (13)

  1. Steuerungseinrichtung (100) für wenigstens ein Heizelement (20), insbesondere eine elektrische Flächenheizung, umfassend wenigstens einer Stromversorgungseinheit (10) mit einem primärseitigen Eingang (42) und wenigstens einem sekundärseitigen Ausgang (44), welche Stromversorgungseinheit (10) am Ausgang (44) eine Niederspannung, insbesondere eine Niederspannung kleiner als oder gleich wie 60V, insbesondere im Bereich 24V bis 48V, bereitstellt und welche Stromversorgungseinheit (10) zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen Heizelements (20) vorgesehen ist, wobei am wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang (44) der Stromversorgungseinheit (10) ein Ausgangsrelais (16) vorgesehen ist, welches den wenigstens einen sekundärseitigen Ausgang (44) mit dem wenigstens einen Heizelement (20) verbindet.
  2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrelais (16) mit einem Schaltrelais (18) verbunden ist, welches insbesondere über einen Thermostaten (22) und/oder einen Schaltaktor steuerbar ist.
  3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der primärseitige Eingang (42) der Stromversorgungseinheit (10) mit einem Versorgungsschaltrelais (12) verbunden ist, wobei das Versorgungsschaltrelais (12) insbesondere eine Einschaltstrombegrenzung und/oder eine Halbwellenausfallerkennung aufweist.
  4. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (20) als ein Flächenheizelement, insbesondere als Heizfolie, bevorzugt als Carbon-Heizfolie, ausgebildet ist.
  5. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrelais (16) als Hochleistungs-Relais, insbesondere als Niederspannungs-Hochstrom-Relais, ausgebildet ist.
  6. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrelais (18) als Schaltnetzteil ausgebildet ist.
  7. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinheit (10) ein Ringkerntransformator (11) ist.
  8. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinheit (10) ein Netzteil ist.
  9. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stromversorgungseinheit (10) mehrere Heizelemente (20) angeschlossen sind.
  10. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (20) über Klemmen (24, 25, 26, 27), insbesondere über jeweils wenigstens eine Sicherungsreihenklemme (24, 25) und eine Durchgangsklemme (26, 27), mit dem Ausgangsrelais (16) verbunden ist.
  11. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines von Ausgangsrelais (16), Schaltrelais (18), Sicherungsreihenklemmen (24, 25), Durchgangsklemmen (26, 27) auf einer Tragschiene (28), insbesondere einer Hutschiene, montiert ist und/oder zwei oder mehr der Komponenten auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind.
  12. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungsgehäuse (40) zur Aufnahme von wenigstens einem Ausgangsrelais (16), einem Schaltrelais (18), und/oder einer Sicherungsreihenklemme (24) und/oder einer Durchgangsklemme (26) vorgesehen ist, insbesondere zur Aufnahme von wenigstens einer Stromversorgungseinheit (10), und einem Ausgangsrelais (16), einem Schaltrelais (18), und/oder einer Sicherungsreihenklemme (24) und/oder einer Durchgangsklemme (26) vorgesehen ist.
  13. Verwendung eines Hochleistungs-Relais als Ausgangsrelais (16) einer Steuerungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für wenigstens ein Heizelement (20), insbesondere eine elektrische Flächenheizung.
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