DE2855299A1

DE2855299A1 - Elektrische schutzschaltung fuer eine ummantelte elektrische widerstandsheizeinheit und verfahren zur beendigung eines kurzschlussfehlers bei einer solchen widerstandsheizeinheit

Info

Publication number: DE2855299A1
Application number: DE19782855299
Authority: DE
Inventors: Eythor Mar Haraldsson; Leroy John Herbst
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1979-07-05
Also published as: FR2412971A1; IT1102347B; CA1111470A; IT7831048A0; GB2011200A; AU4191578A; US4219857A; BR7808464A

Description

General Electric Company, 1, River Road, Schenectady,

New York 12305/USA

Elektrische Schutzschaltung für eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit und Verfahren zur Beendigung eines Kurzschlußfehlers bei einer solchen Widerstandsheizeinheit

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutzschaltung für eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit , mit einem zwei Anschlüsse zur Verbindung mit einer Wechselstromquelle aufweisenden und einen geerdeten Außenmantel tragenden Heizelement sowie mit einer aus der Wechselstromquelle elektrische Leistung zuführenden Anschlußeinrichtung mit zwei Anschlußklemmen, von denen eine eine Spannung bezüglich Erde führt und mit denen die Anschlüsse des Heizelementes verbunden sind, wobei die eine' auf den über die spannungsführende Anschlußklemme fließenden Strom ansprechende und bei überschreiten eines vorbestimmten Strom-

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kreis über die Anschlußklemme unterbrechende überstromschutz schalteinrichtung vorgesehen ist.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine mit einer solchen elektrischen Schutzschaltung ausgerüstete Geschirrspülmaschine und ein Verfahren zur Beendigung eines Kurzschlußfehlers bei einer solchen elektrischen Schutzschaltung.

Derartige elektrische Schutzschaltungen und Fehlerbeseitigungsverfahren sind insbesondere beim Betrieb an einem unsymmetrischen Netz etwa von 120 Volt zweckmäßig. Sie können insbesondere bei Haushaltsgeräten und zwar vorzugsweise Geschirrspülmaschinen Anwendung finden.

Ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheiten werden schon seit vielen Jahren in verschiedenen Gegenständen, beispielsweise elektrischen Herden und Geschirrspülmaschinen verwendet. Diese Heizeinheiten enthalten in der Regel ein Heizelement in Gestalt eines spiralenförmig gewendelten elektrischen Widerstandsdrahtes, der in einem länglichen mit Keramikmaterial gefülltem metallischem Außenmantel eingeschlossen ist, welcher seinerseits elektrisch leitend ist. Das Keramikmaterial ist wärmeleitend aber elektrisch isolierend. Demgemäß wird der Außenmantel heiß; er bleibt aber normalerweise gegenüber dem Heizelement elektrisch isoliert. Ein geeignetes Keramikmaterial ist Magnesiumoxid. Ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheiten dieser Art sind in den US-PSen 2 094 480 und 3 592 771 beschrieben.

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Im Betrieb einer solchen Heizeinheit sind die Anschlüsse des Heizelementes an eine Stromquelle, beispielsweise ein Haushaltwechselstromnetz, angeschlossen. Dabei liegt eine Heizeinheit normalerweise zwischen der "heißen" Seite und dem Nulleiter des gegenüber Erde unsymmetrischen Netzes von 120 Volt oder höherer Spannung. In diesem Falle ist eine Anschlußklemme des Heizelementes elektrisch "heiß", während die andere Anschlußklemme elektrisch "kalt" ist.

Eine spezielle Fehlermöglichkeit bei einer derartigen Heizeinheit geht mit einem Zusammenbruch der Isolation des das Heizelement gegen den Außenmantel isolierenden Magnesiumoxids einher und ist deshalb von einer Lichtbogenbildung zwischen dem Heizelement und dem Außenmantel begleitet. Aus nicht vollständig bekannten Gründen können .ein solcher Isolationszusammenbruch und das Auftreten des Lichtbogens sogar in der Nähe des "kalten" Endes der Heizeinheit stattfinden, wo theoretisch lediglich eine kleine Potentialdifferenz zwischen dem Heizelement und dem Außenmantel vorhanden sein sollte. Beim Auftreten eines solchen Kurzschlußfehlers in der Nähe des "kalten" Endes der Heizeinheit wird der aus dem Netz entnommene Strom nicht wesentlich erhöht, weil ein beträchtlicher Teil des Widerstandsheizelements in Reihe mit der "heißen" Seite des Netzes geschaltet bleibt. Ein in Reihe mit der "heißen" Netzseite geschalteter Schutzschalter bzw. eine entsprechend geschaltete Sicherung werden deshalb nicht augenblicklich ausgelöst bzw. zum Druchbrennen gebracht, womit auch keine augenblickliche Löschung des Lichtbogens erfolgt.

In einigen Fällen wird durch den Lichtbogen soviel Wärme erzeugt, daß der Außenmantel durchschmilzt. Diese in dem

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Außenmantel auftretende Durchschlagstelle wandert soweit längs des Außenmantels zu dem "heißen" Ende hin, bis lediglich noch eine kurze Länge des Heizelementes in der Schaltung verbleibt. Der sich dann ergebende, niedrige Widerstand bewirkt, daß schließlich ein Strom fließt, der ausreicht, die Sicherung oder den Schutzschalter zum Ansprechen zu bringen und damit den Stromkreis zu unterbrechen. Dieses Phänomen wird in der Regel als"Weiterschmoren" bezeichnet, wobei die Durchschlagstelle in dem Außenmantel der öffnung eines Reißverschlusses entspricht.

In dem Fall, daß ein Kurzschlußfehler in der Nähe des "heißen" Endes der Heizeinheit auftritt, unterbrechen die Sicherung oder der Schutzschalter den Stromkreis ziemlich kurzzeitig, so daß ein merkliches "Weiterschmoren" nicht auftritt.

Eine Vorrichtung zur schnellen Beendigung dieses "Weiterschmorens" ist in der US-PS 4 044 224 beschrieben, bei der die direkte elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Außenmantel und der Erde durch ein Schmelzglied ersetzt ist. Im Normalbetrieb der Heizeinheit bei intaktem Isolationsmaterial fließt im wesentlichen kein Strom durch den Außenmantel zur Erde (mit Ausnahme eines kleinen weitgehend auf kapazitive Effekte zurückzuführenden Wechsel-Leckstroms). Wenn jedoch ein Kurzschlußfehler auftritt, fließt ein erheblicher Strom über die Erdverbindung des Außenmantels , so daß das Schmelzglied

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den Stromkreis unterbricht. Außerdem ist ein Schalter vorgesehen, der mechanisch derart eingerichtet ist, daß er bei durchgeschmolzenem Schmelzglied öffnet, so daß dieser Schalter dann das Heizelement vom Netz abschaltet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg zu weisen, der es gestattet, bei einer ummantelten elektrischen Widerstandsheizeinheit einen zwischen dem Heizelement und dem Außenmantel , insbesondere in der Nähe eines der Enden der Heizeinheit, auftretenden Kurzschlußfehler schnell zu unterbrechen und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle längs der Heizeinheit der KurzSchlußfehler auftritt. Außerdem will die Erfindung eine elektrische Schaltung schaffen, die zuverlässig und wirkungsvoll einen LichtbogenkurzSchluß in einer solchen ummantelten elektrischen Widerstandsheizeinheit unterbricht und zwar ebenfalls unabhängig von der Stelle, an der der Kurzschlußlichtbogen längs der Heizeinheit auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte elektrische Schutzschaltung durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 19 gekennzeichnet, während das Verfahren gemäß der Erfindung Gegenstand des Patentanspruchs 23 ist.

Bei der neuen Schutzschaltung ist eine Anschlußeinrichtung mit zwei Anschlußklemmen zur Zufuhr elektrischer Wechsel-Leistung vorgesehen. Eine der. Anschlußklemmen der Anschlußeinrichtung führt eine Spannung bezüglich dem Erdbezugspotential und ist deshalb eine "heiße" Anschlußklemme. Außerdem enthält die Schaltung eine auf den über die "heiße" Anschlußklemme der Anschlußeinrichtung fließen-

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den Strom ansprechende Schutzschalteinrichtung, die den zu dieser Anschlußklemme fließenden Strom unterbricht, wenn der Strom einen vorbestimmten Stromgrenzwert übersteigt. Ein solcher typischer, vorbestimmter Stromgrenzwert ist der doppelte normale Betriebsstrom.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen,die jeden der beiden Anschlüsse des Heizelementes mit der "heißen" Anschlußklemme der Anschlußeinrichtung abwechselnd während aufeinanderfolgender Wechsel-Halbwellen verbindet. Wenn somit ein Fehler in der Nähe eines der Enden der Heizeinheit auftritt, wird ein beträchtlicher Strom über die "heiße" Seite des Netzes während der Dauer zumindest der Halbwellen einer Polarität fließen. Dieser zusätzliche Strom wird dem normalen, über die überstromschutz schalteinrichtung fließenden Heißstrom hinzuaddiert, womit er eine rasche Netzabschaltung durch die Überstromschutz schalteinrichtung auslöst, bevor ein merkliches "Weiterschmoren" auftreten kann.

Von noch größerer Bedeutung ist, daß bei Heizeinheiten, die an einem unsymmetrischen etwa 120 Volt-Haushaltnetz betrieben werden, beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers an irgendeiner Stelle längs der Heizeinheit dieser rasch unterbrochen wird. Dies gilt unabhängig davon, ob die Erfindung für Halbwellen-Teilleistungsbetrieb oder Vollwellen-VolleJstungsbetrieb eingesetzt wird. Zusatzlictywird bei Heizeinheiten, die an einem symmetrischen, etwa einem 240 Volt,Wechselstrom Haushaltnetz betrieben werden, ein Schutz während des Halbwellen-Teilleistungsbetriebs unabhängig von der speziellen Lage der Fehler-

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stelle längs der Heizeinheit gewährleistet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kurzschlußlichtbogen in einem ummantelten elektrischen Widerstandsheizelement dadurch gelöscht, daß abwechselnd jeder der beiden Anschlüsse des Heizelementes mit dem "heißen" Leiter einer Wechselspannungsquelle während aufeinanderfolgender Wechsel-Halbwellen verbunden wird. Der über den "heißen" Leiter gelieferte Strom wird gemessen; die Wechselspannungsquelle wird von dem Heizelement abgeschaltet, sowie der gemessene Strom einen vorbestimmten Stromgrenzwert übersteigt.

Bei einer speziellen, an ein unsymmetrisches 120-Voltnetz angeschlossenen Ausführungsform der Erfindung wird das Heizelement mit halbwellen-gleichgerichteter Leistung im Teilleistungsbetrieb betrieben. Bei dieser Ausführungsform wird beim Normalbetrieb der Heizeinheit ein Anschluß der Heizeinheit über die überstromschutzschalteinrichtung mit der "heißen" Seite des Wechselstromnetzes verbunden, während der andere Anschluß der Heizeinheit über eine einseitig gerichtete, stromleitende Vorrichtung,etwa eine Halbleiterdiode, an den Nulleiter angeschlossen ist. Das Heizelement wird damit mit halbwellen-gleichgerichtetem Strom versorgt. Um den anderen Anschluß des Heizelementes während der Dauer jener Halbwellen an die "heiße" Seite des Netzes anzuschließen, während der kein normaler Heizstrom fließt, ist eine weitere einseitig gerichtete,stromleitende Vorrichtung parallel zu der Heizeinheit geschaltet und bezüglich der ersterwähnten einseitig gerichteten stromleitenden Vorrichtung umgekehrt polarisiert.

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Bei einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung sind die Heizeinheitsanschlüsse an die pulsierenden Gleichspannungsausgangsleiter eines Vollwellenbrückengleichrichters mit vier Zweigen angeschlossen. Während der Dauer abwechselnder Halbwellen ist zunächst der eine und dann der andere Anschluß des Heizelementes mit der "heißen" Seite des Netzes verbunden. Bei Betrieb an einem unsymmetrischen Netz bewirkt ein irgendwo längs der Heizeinheit auftretender KurzSchlußfehler, daß ein beträchtlicher zusätzlicher Strom über die "heiße" Seite des Netzes fließt.

Die neue elektrische Schutzschaltung kann für ein ummanteltes elektrisches Widerstandsheizelement verwendet werden, das abwechselnd im Vollwellen-Volleistungsbetrieb oder im Halbwellen-Teilleistungsbetrieb arbeitet, indem es alternativ entweder an eine Wechselstromquelle oder an eine Halbwellengleichrichter-Anordnung angeschlossen ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte elektrische Schutzschaltung

für eine elektrische Widerstandsheizeinheit in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die physikalische Anordnung einer ummantelten elektrischen Widerstandseinheit in einer automatischen Geschirrspülmaschine, in einer Seitenansicht und im Ausschnitt,

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Fig. 3 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Schutzschaltung gemäß der Erfindung bei der die Heizeinheit an einem unsymmetrischen 120-Voltnetz liegt und mit halbwellen-gleichgerichtetem Strom im Teilleistungsbetrieb betrieben ist,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Schutzschaltung gemäß der Erfindung, bei der die ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit an ein unsymmetrisches 120-Voltnetz angeschlossen und mit vollwellen-gleichgerichtetem Strom im Volleistungsbetrieb betrieben ist,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Schutzschaltung gemäß der Erfindung, bei der eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit an ein symmetrisches 240-Voltnetz angeschlossen und mit halbwellen-gleichgerichtetem Strom betrieben ist,

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer zusätzlichen Ausführungsform der Schutzschaltung gemäß der Erfindung, bei der die elektrische Widerstandsheizeinheit an ein symmetrisches 240-Voltnetz angeschlossen und mit vollwellengleichgerichtetem Strom betrieben ist,

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild einer Geschirrspülmaschinen-Schutzschaltung, die zum Anschluß an ein unsymmetrisches 120-Voltnetz eingerichtet ist und bei der die Heizeinheit

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entweder normal mit üblichem Vollwellen-Wechselstrom oder unter Gewährleistung
des erfindungsgemäßen Schutzes mit halbwellen-gleichgerichtetem Strom betrieben ist und

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ein schematisches Schaltbild einer speziellen Schutzschaltung gemäß der Erfindung, bei der eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit entweder im Teillastbetrieb
mit halbwellen-gleichgerichtetem Strom oder im Vollastbetrieb mit vollwellen-gleichgerichtetem Strom betrieben ist, wobei der erfindungsgemäße Schutz bei beiden Betriebsarten gewährleistet ist.

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In der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende Bauelemente in allen Figuren bezeichnen, veranschaulicht Fig. 1 eine bekannte prinzipielle Betriebsschaltung 10 für eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit 12. Ditse Betriebsschaltung 10 wird durch die Erfindung verbessert. Fig. 2 zeigt die physikalische Anordnung der Heizeinheit 12 beim Einsatz in einer Geschirrspülmaschine mit Kunststoffwanne.

Die ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit 12, wie sie in Fig. 1 schematisch und gegenständlich in Fig. dargestellt ist, weist ein spiralförmig gewundenes elektrisches Widerstandsheizelement 14 auf, das in einem leitenden metallischen Mantel 16 eingeschlossen ist, welcher seinerseits mit einem keramischen Isolationsmaterial 18 gefüllt ist. Das Heizelement 14 ist mit zwei Netzanschlußklemmen 20, 22 versehen, die auch als die Anschlußklemmen der Heizeinheit 12 selbst betrachtet werden können. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Heizelementklemmen 20, 22 elektrische Leiter aufweisen, die um einen beträchtlichen Betrag in jedes der Enden 24, 26 der Heizeinheit 12 ragen und damit "kalte" Anschlußenden für die Heizeinheit 12 bilden. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ragen die Anschlußenden 24, 26 der Heizeinheit 12 durch eine Kunststoffwand 28 einer Geschxrrspülmaschinenwanne, wobei der Bodenteil der Geschirrspülmaschine mit 30 bezeichnet ist.

Insbesondere aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die dort gezeigte Wechselspannungsquelle einen allgemein bei 32 angedeuteten Betriebseingang aufweist, der im allgemeinen als der "Sicherungskasten" oder "Schalterkasten" bei einer Hausinstallation bezeichnet wird. Der Betriebseingang 32 ist an "L"- und "N"-Wechselspannungsleitungen 34, angeschlossen, von denen die Leitung 36 der Nulleiter ist.

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Die "L"-Leitung ist "heiß"; sie führt eine Spannung bezüglich der "N"-Leitung 36. Die "N"-Leitung 36 ist an verschiedenen Stellen,einschließlich einer typischen Erdverbindung 38, beispielsweise einer Kaltwasserrohr-Verbindung, mit dem Erdpotential verbunden. In dem Betriebseingang 32 sind die "N"-Leitung 36 und die Erdverbindung 38 an einer Erdungsstelle 40 miteinander verbunden. Schließlich liegt in Reihe zu der "L"-Netzleitung 34 ein Sicherheitsschutzschalter 42.

Der dargestellte Betriebseingang 32 kann als normaler Betriebseingang für 120 V, unsymmetrische Betriebsweise des Netzes, betrachtet werden, wobei die"N"-Leitung auf dem Erdpotential und die "L"-Leitung 34 bezüglich der "N"-Leitung 36 auf etwa 120 V gehalten sind. Der unsymmetrisch betriebene Betriebseingang 32 kann auch ein Teil eines symmetrisch betriebenen 240 V-Netzanschlußes sein.

Der Ausgang des Betriebseinganges 32 weist Wechselspannungsnetzleitungen 44, 46 auf, die jeweils eine ¹¹L"- und eine "N"- bzw. eine "heiße" und "kalte" Leitung bilden. Die "N"-Leitung 46 ist typischerweise durch eine weiße Isolation gekennzeichnet, während die "L"-Leitung 44 durch eine schwarze oder rote Isolation bezeichnet ist.

Aus Sicherheitsgründen geht zusätzlich eine Erdleitung - G - von dem Betriebseingang 32 ab; sie ist an den Erdungspunkt 40 angeschlossen. Die Erdleitung 48 ist typischerweise entweder durch eine grüne Isolation gekennzeichnet oder als nackter Leiter ausgebildet. In dem Gerät selbst ist eine Einrichtung 50 vorgesehen, die dazu dient, die Schaltung des Gerätes mit Netzspannung zu versorgen; die Einrichtung 50 ist in Gestalt eines Anschlußstreifens dargestellt, doch kann sie auch andere Formen

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aufweisen, wie etwa die eines gewöhnlichen Netzsteckers. Eine Klemme 52 der Netzanschlußeinheit 50 ist zum Anschluß an eine Netzspannungsleitung 44 eingerichtet, während eine andere Klemme 53 der Netzanschlußeinrichtung 50 für den Anschluß der anderen Netzleitung 46 bestimmt ist.

Um die Heizeinheit 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen, ist die eine Klemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 über einen Schalter 54 und eine Sicherung 56 mit einem Anschluß 20 des Heizelementes 14 verbunden. Zur Vervollständigung der Schaltung ist der andere Anschluß des Heizelementes 14 an die andere Klemme 53 der Netzanschlußeinrichtung 50 angeschlossen.

Schließlich sind aus Sicherheitsgründen noch Vorkehrungen getroffen, um den leitenden Außenmantel 16 mit dem Erdpotential zu verbinden. Zu diesem Zwecke ist der Außenmantel 16 über einen Erdleiter 60 an eine Erdungsklemme 62 des Netzanschlußstreifens angeschlossen und von da aus über die Erdungsleitung 48 und den Erdungspunkt 40 mit dem Erdverbindungspunkt 38 verbunden. Der praktische Anschluß des Außenmantels 16 kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, etwa durch eine unmittelbare Drahtverbindung oder über eine Halterungsklemme zu dem Gestell des Gerätes, wenn das Gerät selbst geerdet ist.

Bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 ist die hauptsächliche Schutzvorrichtung die Sicherung 56. In der Regel wird eine Sicherung gewählt, die den Nennstrom des Heizelementes 14 während unbegrenzter Zeit führen kann, aber innerhalb von zumindest 5 Sekunden abschaltet, wenn zumindest der doppelte Nennstrom fließen will. Wenn z.B. ein Fehler- oder Lichtbogenkurzschluß zwischen dem Heizelement 14 und dem Außenmantel 16 in der Nähe des

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"heißen" Endes 24 der Heizeinheit 12 auftritt, nimmt der Lastwiderstand in der Schaltung beträchtlich ab, was eine entsprechend große Stromzunahme zur Folge hat, womit die Sicherung 56 rasch durchbrennt. Da die "N"-Netzleitung 46 und die Erdleitung 48 in dem Betriebseingang 32 miteinander verbunden sind, wird unabhängig davon, ob der Rückschluß über die "N"-Leitung 46 oder die Erdleitung 48 erfolgt, ein Stromkreis über die Sicherung 56 geschlossen.

Wenn aber auf der anderen Seite ein Kurzschluß zwischen dem Heizelement 14 und dem Außenmantel 16 in der Nähe des "kalten" Endes 46 des Heizelementes 12 auftritt, bleibt ein beträchtlicher Teil des Widerstandes des Heizelementes 14 in der Schaltung, wodurch der über die Sicherung 56 fließende Strom auf einen Wert begrenzt wird, der unter dem Grenzwert liegt, bei dem die Sicherung 56 rasch durchbrennt. Die bekannte Schaltung 10 nach Fig. 1 ergibt deshalb keinen sofortigen Schutz.

Wenn man das spezielle Beispiel betrachtet, bei dem ein Kurzschluß in der Mitte der Heizeinheit 16 auftritt, so ergibt sich, daß der gesamte, von dem Heizelement 14 gebildete Lastwiderstand halbiert wird, weil die rechte Hälfte durch den Kurzschluß umgangen wird. Nach dem Ohmschen Gesetz wird deshalb unter der Voraussetzung, daß die Netzspannung konstant bleibt, der über die Sicherung 56 fließende Strom verdoppelt. Dieser Strom reicht aus, um die Sicherung 56 durchbrennen zu lassen und den Lichtbogen zu unterbrechen. Bei der Anwendung üblicher Konstruktionsprinzipien besteht aber keine Sicherheit insoweit, daß beim Auftreten eines Kurzschlusses auf der mehr rechten Seite (zu dem "kalten" Ende 26 der Heizeinheit 12 zu) ein ausreichend großer Fehlerstrom fließt, um die Sicherung 56 innerhalb von 5 Sekunden durchbrennen

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zu lassen. Praktisch gesehen ist der Mittenpunkt der Heizeinheit 15 naturgemäß nicht der Endpunkt, an dem der Schutz absolut aufhört, doch gibt es immerhin eine zu dem "kalten" Ende 26 der Heizeinheit 12 hin gelegene Stelle, bei deren Überschreitung auch unter Kurzschlußbedingungen noch soviel Strom begrenzender Widerstand in der Schaltung eingeschaltet bleibt, daß die Sicherung 56 erst dann durchbrennt, nachdem ein "Schmoren" über eine solche Länge der Heizeinheit 12 stattgefunden hat, daß der Kurzschluß weit genug an den Mittenpunkt der Heizeinheit 12 herangebracht worden ist.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß eine einfache Sicherung 56 in Reihe mit der "heißen" oder "!/'-Leitung 46 in der aus Fig. 1 dargestellten Weise keinen vollständigen Schutz gegen Kurzschlüsse in dem ummantelten Viiderstandsheizelement 12 bietet. Die Anordnung einer Sicherung in Reihe mit der "N"-Netζleitung 46 würde die Sachlage nicht verbessern, weil diese Leitung ohnehin schon auf Erdpotential steht. Im Fehlerfall würde kein zusätzlicher Strom, sondern sogar möglicherweise ein geringerer Strom über eine derartige Sicherung fließen.

In Fig. 3 ist eine Schaltung 66 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Netzanschlußeinrichtung 50, die einen Anschlußstreifen enthält, bleibt gegenüber der Ausführungsform nach Fig.1 unverändert. Die Schaltung 66 speist die Heizeinheit mit Teilleistung unter Verwendung der bekannten Halbwellen-Gleichrichtung. Durch das Heizelement 14 kann Heizstrom lediglich während der Spannungshalbwellen einer Polarität fließen. Um dies zu erreichen, ist eine einseitig gerichtete, stromleitende Einrichtung 68, die in Gestalt einer Halbleitergleichrichterdiode veranschaulicht ist, in Reihe mit dem Heizelement 14 geschaltet.

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Um die Anschlüsse 20, 22 des Heizelementes 14 an die Anschlußklemmen 52, 5 3 der Netzanschlußeinrichtung 50 während der Wechselspannungshalbwellen zumindest der einen Polarität anzuschließen und damit zu erreichen, daß Heizstrom durch das Heizelement 14 fließt, ist ein Heizelementanschluß 20 über eine allgemein mit 70 bezeichnete Einrichtung angeschlossen, die auf den von einer Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung fließenden Strom anspricht und diesen unterbricht, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Unter Normalbedingungen bildet die Überstromschutzschalteinrichtung 70 eine unmittelbare Verbindung des einen Heizelementanschlusses 20 über den Schalter mit der einen Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50. Um die Schaltung zu vervollständigen, ist die Gleichrichterdiode 68 zwischen den anderen Anschluß des Heizelementes 14 und die andere oder '^"-Anschlußklemme 53 der Netzanschlußeinrichtung 50 gelegt.

Die jeweilige Polarisierung der Gleichrichterdiode 68 bestimmt die relative Polarität der Wechselspannungshalbwellen einer Polarität, während deren Dauer Heizstrom durch das Heizelement 14 fließt. Bei der dargestellten Polarisierung der Gleichrichterdiode 68 gemäß Fig. 3 ist die Gleichrichterdiode 68 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß sie während der negativen Wechselspannungshalbwellen leitend ist. Negative Wechselspannungshalbwellen sind hierbei als der Teil einer vollständigen Wechselspannungsperiode definiert, bei dem die "L"-Netzleitung 44 bezüglich der "N"-Netzleitung 46 negativ ist.

Die überstromschutzschaltungseinrichtung 70 kann jede zweckentsprechende Vorrichtung sein, die auf einen an einer Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung

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fließenden Überstrom anspricht und den Strom unterbricht, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die in Fig. 3 allgemein dargestellte Überstromschutzschalteinrichtung 70 enthält ein stromempfindliches Element 72, das mit einem Stromkreisunterbrecher 74 gekoppelt ist, wie dies durch eine gestrichelte Leitung angedeutet ist. In der Praxis können natürlich viele verschiedene Ausführungsformen von Uberstromschutzschalteinrichtungen 70 verwendet werden. So kann z.B. das stromempfindliche Element 72 entweder einen kleinen, in Reihe liegenden Widerstand oder einen induktiven Signalabnehmer aufweisen.

Der Stromkreisunterbrecher 74 ist zwar als unmittelbar in Reihe mit dem stromempfindlichen Element 72 liegender Schalter oder Relaiskontakt dargestellt, doch kann er an sich überall dort in der Schaltung vorgesehen sein, wo er den Stromfluß von der Netzanschlußeinrichtung 50 wirkungsvoll unterbrechen kann. Die Überstromschutzschalteinrichtung 70 kann, was ihren Aufbau anbelangt, zwischen einer von einem Mikroprozessor gesteuerten Schutzschaltvorrichtung und einer einfachen Sicherung bzw, einem Schutzschalter liegen, um einen grundsätzlichen preiswerten Schutz zu erzielen, wird eine einfache Sicherung vorgezogen.

Die überstromschutzschalteinrichtung 70 ist derart eingestellt oder ausgelegt, daß sie den Nennstrom des Heizelementes 14 unter den erwarteten Betriebsbedingungen führen kann und den von der Wechselspannungsquelle zufließenden Strom dann unterbricht, wenn dieser einen vorbestimmten Viert oberhalb des erwarteten Nennspannungswertes überschreitet. Der vorbestimmte Wert wird so gewählt, daß er ausreichend hoch liegt, um unnötige Fehlunterbrechungen der Schaltung als Folge von kurzzeitig

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auftretenden Stromspitzen zu verhüten, wie sie gelegentlich während des Normalbetriebes der Schaltung sich ergeben; andererseits muß der vorbestimmte Wert aber auch so tief liegen, daß er einen zuverlässigen Schutz gewährleistet. Ein Wert von dem doppelten des Nennstromes des Heizelementes 14 bei den erwarteten Betriebsbedingungen ist in der Regel zweckmäßig. Dieser Wert entspricht auch der allgemeinen Übung bei der Auslegung der Sicherung. Eine Sicherung mit einem speziellen Nennstrom, beispielsweise von 1 Ampere, kann diesen Strom während unbegrenzter Zeit führen. Geringe Stromsteigerungen führen u.U. zum Durchbrennen der Sicherung, aber normalerweise nicht sofort. Bei stärkeren Strömen brennt die Sicherung schneller durch. Die üblichen Bemessungsregeln von Sicherungen geben an, daß die Sicherung beim doppelten Nennstrom eine Abschaltung der Schaltung innerhalb von 5 Sekunden gewährleistet.

Selbstverständlich kann bei Verwendung einer elektronischen überstromschutzschalteinrichtung 70 die Ansprechgrenze maßgerecht gewählt werden. So kann z.B. ein vorbestimmter Wert von lediglich 10% oberhalb des normalen Nennstromes zusammen mit einer zweckentsprechenden Zeitverzögerung gewählt werden, die Fehlschaltungen verhütet.

Der insoweit beschriebene Teil der Schaltung 66 der Fig. gewährleistet einen normalen Teilleistungsbetrieb der Heizeinheit 12 sowie Schutz gegen das Auftreten von Kurzschlüssen zwischen dem Heizelement 14 und dem Außenmanteil 16 in der Nähe des "heißen" Endes 24 der Heizeinheit 12. Erfindungsgemäß ist noch eine weitere Einrichtung vorgesehen, um den anderen Anschluß 22 des Heizelementes 14 während der Dauer der Wechselspannungshalb-

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wellen der anderen Polarität mit der einen Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 zu verbinden.

Diese Einrichtung enthält in Fig. 3 eine einseitig stromleitende Vorrichtung, die in Gestalt einer Fehlerstromdiode 78 veranschaulicht ist, welche zwischen dem einen Anschluß 22 ctes Heizelementes 14 und der einen Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 liegt. Die Diode 78 ist derart gerichtet, daß sie während der Dauer der Wechselspannungshalbwellen der anderen Polarität, d.h. während der positiven Wechselspannungshalbwellen stromleitend ist. Die Schaltung nach Fig. 3 enthält somit eine Einrichtung, um abwechselnd jeden der beiden Anschlüsse 20, 22 des Heizelementes 14 während aufeinanderfolgender Wechselspannungshalbwellen an eine Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 anzuschließen. Bei der in Fig. 3 dargestellten speziellen Schaltung ist die Verbindung des einen Anschlusses 20 des Heizelementes 14 mit der einen Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 polaritatsunempfindlich und somit dauernd vorhanden. Der andere Anschluß 22 des Heizelementes 14 ist über die Fehlerstromdiode 78 an die eine Anschlußklemme 52 der Netzanschlußeinrichtung 50 lediglich während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität angeschlossen.

Im Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 führt ein zwischen dem Heizelement 14 und dem Außenmantel 16 an irgendeiner Stelle der Längserstreckung des Heizelementes 12 auftretender Kurzschluß zu einem so großen Strom über die Überstromschutzschalteinrichtung 70, daß der Stromkreis unterbrochen und der Kurzschluß abgeschaltet wird. Wenn ein solcher Kurzschluß an einer Stelle links des ungefähren Mittenpunkts der Heizeinheit nach links zu, d.h. zu dem "heißen" Ende 26 der Hei.zeinheit 12 zu auftritt,

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nimmt der Strom insbesondere aus den gleichen Gründen stark zu, wie sie oben mit Bezug auf die bekannte Schaltung nach Fig. 1 erörtert worden sind. Die Fehlerstromciiode 78 ergibt einen zusätzlichen Stromfluß über die Überstromschutzschalteinrichtung 70, doch ist dies an sich unnötig, weil auf jeden Fall genügend Strom zur Verfügung steht, um die Stromkreisunterbrechung auszulösen.

Falls jedoch ein Kurzschluß in der Nähe des "kalten" Endes 26 der Heizeinheit 12 auftritt, ergeben die kombinierten Teilströme der normalen,unmittelbaren Verbindung des einen Anschlusses 20 über die Überstromschutzschalteinrichtung 70 mit der einen Anschlußklemme und der Verbindung des anderen Anschlusses 22 über die Fehlerstromdiode 78 sowie über die überstromschutzschalteinrichtung 70 während einer vollständigen Wechselspannungsperiode einen Effektivstrom über die Überstromschutzschalteinrichtung 70, der zumindest dem doppelten Effektivwert des normalen Nennstromes entspricht.

Um den durch die Erfindung erzielbaren Fortschritt abzuschätzen, sind in der nachstehenden Tabelle eine typische bekannte Halbwellenbetriebsschaltung mit der Schaltung nach Fig. 3 hinsichtlich des aus der "L"- oder "heißen" Netzleitung 46 bei verschiedenen Fehlerstellen längs der Heizeinheit 12 gezogenen Stromes angegeben. Eine solche typische bekannte Schaltung kann man sich derart vorstellen, daß einfach die Fehlerstromdiode 78 in Fig. 3 weggelassen ist. Die Werte in der Tabelle sind berechnet und angenähert. Zur Erleichterung der Rechnung ist angenommen, daß der von dem Kurzschluß hervorgerufene Netzspannungsabfall Null sei. Der erzielte Vorteil wurde jedoch auch experimentiell überprüft. Das spezielle Heizelement 14,für das die Tabelle gilt, ist derart aus-

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gelegt, daß es mit einer Leistung von 372 W bei HaIbwellenbetrieb arbeitet und dabei einen Nennstrom von 4,4 Ampere _ff zieht. Die in der Schaltung verwendete Sicherung weist einen Nennstrom von 8 Ampere auf, was bedeutet, daß, um die Sicherung zuverlässig durchbrennen zu lassen, während 5 Sekunden zumindest 16 Ampere _.. fließen müssen.

Tabelle

Fehlerstelle (% Länge vom "heißen" Ende 24 aus)	Sieherungsstrom bei der bekannten HaIb- wellenschaltung	Sicherungsstrom bei der Schaltung nach Fig. 3
10%	63 A	66 A
20%	31 A	35 A
30%	21 A	26 A
40%		21 A
50%	13 A	20 A
60%		20 A
70%	9 A	22 A
80%		28 A
90%	7 A	49 A

Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß bei der bekannten Halbwellengleichrichterschaltung Fehlerstellen von etwa 50% oder mehr (von dem Mittenpunkt der Heizeinheit aus zu dem "kalten" Ende 26 zu) keine Stromkreisunterbrechung gewährleisten. Im Gegensatz dazu tritt bei der neuen Schaltung nach Fig. 3 unabhängig von der Fehlerstelle immer genügend überstrom auf, um eine 8 Ampere-Sicherung schnell und zuverlässig zum Durchbrennen zu bringen. Der "schlimmste Fall" tritt bei der 55%-Fehlerstelle auf; aber selbst da sind die 20 Ampere _eff mehr als ausreichend.

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i. O »i ■- a. \j ν/

In Fällen, in denen die Heizeinheit 12 mit Vollwellenstrom, d.h. mit voller Leistung betrieben werden soll, wird die Schaltung 82 nach Fig. 4 benutzt. In Fig. 4 sind die Heizelementanschlüsse 20, 22 an die Gleichspannungsausgangsklemmen eines Vollwellenbrückengleichrichters 84 mit vier Zweigen angeschlossen. Der Brückengleichrichter 84 enthält vier Dioden 86, 88, 90, 92, die in üblicher Weise angeordnet sind. Die Wechselspannungseingangsklemmen sind mit 94, 96 bezeichnet. Die Überstromschutzschalteinrichtung 70 weist in Fig. 4 eine einfache Sicherung 98 auf, die in Reihe zu einer Anschlußklemme 52 und der Wechselspannungseingangsklemme liegt.

Die Dioden 86, 92 bilden in Fig. 4 eine Einrichtung, durch die die Heizelementanschlüsse 20, 22 an die Anschlußklemmen 52, 5 3 der Netzanschlußeinrichtung 50 während der Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität angeschlossen sind, so daß Heizstrom durch das Heizelement 14 fließt. Um den erfindungsgemäßen Schutz zu erzielen, verbindet die Diode 90 während der Wechselspannungshalbwellen der anderen Polarität den anderen Heizelementanschluß 22 über die Sicherung 98 mit der einen Anschlußklemme 52.

Beim Betrieb der Schaltung 82 nach Fig. 4 wird das Heizelement 14 während beider Wechselspannungshalbwellen mit Leistung versorgt, so daß es mit beiden Halbwellen und voller Leistung betrieben wird. Außerdem ist jeder der Heizelementanschlüsse 20, 24 über die Sicherung 98 während abwechselnder Wechselspannungshalbwellen mit der einen Anschlußklemme 52 verbunden. Dies hat zur Folge, daß beim Auftreten eines Kurzschlusses an einem Ende oder irgendwo längs des Heizelementes 12 durch die Sicherung zumindest der doppelte Effektivstrom fließt und damit

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eine zuverlässige Unterbrechung ües Stromkreises und Beendigung des "Schmorens" erzielt werden.

In Fig. 5 veranschaulicht eine Schaltung 105 die Anwendung der Erfindung für den Fall, daß eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit aus einem symmetrisch betriebenen 2 40 V Wechselspannungsnetz im Halbwellen-Teilleistungsbetrieb betrieben werden soll. Während in den meisten Fällen, in denen ein Teilleistungsbetrieb einer 240 V Heizeinheit erwünscht ist, die Heizeinheit einfach zwischen eine der "heißen" Seiten der Netzleitung und den Nulleiter, wie sie für 120 V Betrieb vorhanden sind, gelegt wird, ist die Schaltung 102 der Fig. 5 dazu angegeben, den weiten Einsatzbereich der Erfindung zu veranschaulichen.

Im einzelnen ist bei der Schaltung nach Fig. 5 ein Betriebseingang 103 mit "L ''-und "L₂"-Netzleitungen 104, 106 verbunden, die gegeneinander auf einem Potential von 240 V stehen. Jede der Leitungen weist ein Potential von 120 V bezüglich einem Null- oder "N"-Leiter 108 auf. In dem Betriebseingang 103 ist die "N"-Leitung 108 an einen Erdungspunkt 110 angeschlossen, der außerdem mit einer äußeren Erdverbindung 112 in Verbindung steht.

Der Ausgang des Betriebseinganges 103 enthält "L₁"- und "L₂"-Leiter 114, 116. Jeder der Leiter 114, 116 führt bezüglich des Erdpotentials eine Spannung. Zusätzlich ist ein Null- oder "N"-Leiter 113 vorgesehen.

Eine in dem Gerät selbst vorgesehene Anschlußeinrichtung 120 zur Versorgung der Schaltung des Gerätes mit Wechselspannungsleistung weist einen Anschlußstreifen oder alternativ einen nicht dargestellten üblichen Stecker auf. Die Netzanschlußeinrichtung 120 verfügt über zwei Anschlußklemmen 122, 124, die an die "L₁"-, "L₂"-Leiter 114,

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angeschlossen sind. Zusätzlich ist eine Anschlußklemme 126 mit dem "N"-Leiter 118 und damit mit dem Erdpotential verbunden. Eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit 12Ü ist ähnlich der bereits beschriebenen Heizeinheit 12 ausgebildet mit dem Unterschied, daß sie jedoch für den Betrieb an einer 240 V Spannungsquelle ausgelegt ist. Wie früher enthält die Heizeinheit 128 ein Widerstandsheizelement 130, das von einer Schicht keramischen Isolationsmaterials 132 umgeben und in einem Außenmantel 134 eingeschlossen ist. Aus Sicherheitsgründen ist der Außenmantel 134 mittels eines Leiters 136 an die "N"-Klemme 126 und damit an das Erdpotential angeschlossen.

In Fig. 5 ist ein zweipoliger Schalter mit einem Kontaktpaar 138, 140 zwischen die Anschlußklemmen 122, 144 und die Heizelementanschlüsse 142, 144 gelegt.

Die auf den.zu denAnschlußklemmen 122, 124 fließenden Strom ansprechenaenEinrichtungen 146, 148, die den Stromkreis unterbrechen, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, liegen jeweils in Reihe mit den Anschlußklemmen 122, 124. In Fig. 5 sind die Überstromschutzschal teinrichtungen 146, 148 als miteinander gekuppelte Schutzschalter 150, 152 veranschaulicht. Die durch eine gestrichelte Linie 154 angedeutete Kupplung ist derart beschaffen,- daß, wenn entweder der Schutzschalter 150 oder der Schutzschalter 152 eine überstrombedingung feststellt, beide Schutzschalter 150, 152 den Stromkreis unterbrechen. Eine derartige Kupplung ist zwar bei Schutzschaltern in der Regel nicht vorhanden und auch nicht listenmäßig, doch kann sie von dem Fachmann ohne weiteres getroffen werden. In dem Fall, daß die Uberstromschutzschalteinrichtungen 146, 148 elektronische Geräte sind, die Stromfühler und eigene Schalter benutzen, wie dies allgemein in Fig. 3 veran-

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schaulicht ist, kann die Kupplung besonders einfach gerätemäßig verwirklicht werden.

Um einen normalen Halbwellenbetrieb zu erzielen, liegt eine Gleichrichterdiode zwischen dem Heizelementenanschluß 144 und der Netzanschlußklemme 124. Die Gleichrichteriode 156 ist derart polarisiert, daß sie während der Viechselspannungshalbwellen einer Polarität leitet, und zwar im vorliegenden Falle, während der Halbwellen, während der "L₁" negativ bezüglich "L "ist. Wie in Fig. liegt zwischen dem Heizelementanschluß 144 und der Netzanschlußklemme 122 eine Fehlerstromdiode 158, die derart polarisiert ist, daß sie während der Wechselspannungshalbwellen der anderen Polarität leitet, d.h., wenn "L-" positiv bezüglich "L₂" ist.

Vor der Erörterung der Betriebsweise der Schaltung 102 nach Fig. 5 soll die Betriebsweise unter Fehlerbedingungen einer bekannten (im einzelnen nicht weiter aargestellten Schaltung betrachtet werden), die von einem symmetrischen 240 V-Netz aus mit Halbwellengleichrichtung betrieben und mit der Schaltung 102 verglichen v/ird. Eine solche-Schaltung kann man sich derart vorstellen, daß einfach die Fehlerstromdiode 15b aus Fig. 5 weggelassen wird. Zunächst sei angenommen, daß in der Nähe des Mittenpunktes der Heizeinheit 128 ein Kurzschluß auftrete. Während der Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität, wenn "L₁" negativ bezüglich "L₂" ist, ist die Gleichrichterdiode 156 leitend. Das Heizelement 170 wirkt als einfacher Widerstands-Spannungsteiler; zwischen dem Außenmantel 134 und dem Heizelement 130 herrscht an der Fehlerstelle keine Potentialdifferenz. Während der normalen Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität fließt deshalb unabhängig von dem Vorhandensein einer Fehlerbedingung normaler Strom durch beide Schutzschalter 150,

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152. Während der Wechselspannungshalbwellen der anderen Polarität ist die Gleichrichterdiode 156 umgekehrt vorgespannt. Da der Mittenpunkt des Heizelementes 130 über den Kurzschluß praktisch geerdet ist, liegen 120 V von "L₁" an der linken Seite des Heizelementes 130. Dies hat zur Folge, daß ein Fehlerstrom gleicher Größe wie der Normalstrom durch den "L₁"-Schutzschalter 150 fließt. Damit fließt während einer vollständigen Wechselspannungsperiode ein Strom von etwa 1,4 mal dem Effektivstrom über den Schutzschalter 150. Wahrscheinlich würden der Stromkreis unterbrochen und der Lichtbogen gelöscht werden.

Als zweites soll angenommen werden, daß ein Kurzschluß geringfügig rechts von dem Mittenpunkt der Heizeinheit 128 auftrete. Während der Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität, wenn die Gleichrichterdiode 156 leitend ist, fließt nun zwar etwas mehr Strom über den "L₂"-Schutzschalter 152, aber nicht der doppelte Normalstrom. Während der Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität ist der durch den "L₁"-Schutzschalter 150 fließende Fehlerstrom kleiner als ein dem Normalstrom entsprechender Wert, weil in die Serienschaltung,an der 120 V liegen, praktisch ein zusätzlicher Widerstand eingeschaltet ist. über eine vollständige Wechselspannungsperiode betrachtet, ist der Effektivstrom durch den Schutzschalter 150 kleiner als 1,4 mal der Normalstrom. Dies hat zur Folge, daß keine Sicherheit mehr besteht, daß einer der Schutzschalter ausgelöst wird.

Wenn man nun die Betriebsweise der Erfindung mit in Fig. vorhandener Fehlerstromdiode 158 betrachtet, so ergibt sich, daß bei allen möglichen Fehlerstellen Schutz gewährleistet ist. Wenigstens einer der Schutzschalter 150, 152 löst aus, wobei wegen der Kupplung 158 auch der andere öffnet.

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Wenn im einzelnen ein in der Nähe des Mittenpunktes der Heizeinheit 128 auftretender Kurzschluß betrachtet wird, so gilt,daß während der Wechselspannungshalbwellen der einen Polarität die Gleichrichterdiode 156 leitend ist und durch beide Schutzschalter 150, 152 Normalstrom fließt. Während der Wechselspannungshalbwellen der anderen Polarität aber ist die Fehlerstromdiode 158 leitend. In diesem Falle bildet nicht nur der linke Teil des Heizelementes 130 eine Belastung der "L₁"-Netzleitung, sondern dies gilt auch für die rechte Seite des Heizelementes 130 wegen des durch die Fehlerstromdiode 158 fließenden Stromes. Das bedeutet, daß während der positiven Wechselspannungshalbwellen der doppelte Normalstrom durch den Schutzschalter 150 fließt. Über eine vollständige Wechselspannungsperiode gesehen fließt etwa der doppelte Effektivstrom durch den Schutzschalter 150, womit eine zuverlässigere Auslösung des Schutzschalters 150 gewährleistet ist als dies ohne die Fehlerstromdiode 158 der Fall wäre.

Wenn darüberhinaus der Fehler noch mehr rechts von dem Mittenpunkt d<=>r Heizeinheit 128 auftritt, bleibt der Schutz erhalten. Es gibt keine fehlerstelle, bei der der durch den Schutzschalter 150 fließende Strom kleiner als der doppelte Normalstrom ist, es sei denn, daß die Fehlerstromdiode 158 weggelassen würde. Bei ordnungsgemäßer Auslegung der Schutzschalter tritt die Stromkreisunterbrechung bei jeder beliebigen Lage der Fehlerstelle auf.

In Fig. 6 ist eine Schaltung 162 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die an ein symmetrisches 240 V-Netz angeschlossen ist und bei der ein Vollwellenbetrieb der Heizeinheit 128 mit voller Leistung angestrebt ist. Wie bei der Schaltung 82 nach Fig. 4 sind die Anschlüsse 142, 144 der Heizeinheit 128 an die Gleichspannungsaus-

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gangsklemmen eines Vollwellen-Brückengleichrichters mit vier Zweigen angeschlossen, der die in üblicher Weise geschalteten Dioden 164, 166, 168, 170 enthält.

Bei der Schaltung nach Fig. 6 weraen die ganzen Vorteile der Erfindung insoweit nicht erzielt, daß ein unmittelbarer Schutz gegen an einer beliebigen Stelle längs der Heizeinheit 128 auftretende Fehler nicht gewährleistet ist. Insbesondere ergibt ein in der Nähe des Mittenpunktes der Heizeinheit 123 auftretende Fehler nicht unmittelbar einen überstrom in "L₁" oder in "L₂". Fig. 6 veranschaulicht deshalb keine bevorzugte Ausführungsform.

Wenn jedoch ein Fehler in der Nähe eines Endes der Heizeinheit 128 auftritt, weist die Schaltung 162 nach Fig. 6 den Vorteil auf, daß ein Überstrom in "L₁" und in "L₂" fließt. Dies bedeutet, daß einfache Sicherungen 172, 174 in die Leitungen "L₁", "L₂" eingeschaltet werden können, ohne daß eine Verbindung zwischen den Sicherungen 172, 174 notwendig wäre. Wenn eine Heizeinheit lediglich an ein symmetrisches 240 V-Netz mit einer Sicherung in jeder Anschlußleitung gelegt würde, würde ein Fehler in der Nähe eines Endes der Heizeinheit zu einem Überstrom lediglich über eine Sicherung führen, mit dem Ergebnis, daß der Kurzschlußfehler einfach so lange längs der Heizeinheit zu der anderen Sicherung hin wandern würde, bis ein ausreichend großer Strom fließt, um auch diese Sicherung durchbrennen zu lassen.

Bei der Schaltung nach Fig. 6 kann somit ein gewisses Maß an Sicherheit ohne gegenseitige Kupplung der' Schutzschalter wie in Fig. 5 erzielt werden, womit billige Sicherungen 172, 174 eingesetzt werden können.

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In Fig. 7 ist eine Heizeinheitsbetriebs- und Schutzschaltung 178 dargestellt, die zum Betrieb einer 120 V-Heizeinheit 12 in einer automatischen Geschirrspülmaschine dient. Die Schaltung 178 der Fig. 7 betreibt die Heizeinheit 12 aus einem unsymmetrischen 120 V-Netz; sie enthält eine Schaltanordnung zum wahlweisen Betrieb der Heizeinheit 12 entweder im Volleitungsbetrieb von einer Vollwellen-Wechselspannungsquelle aus oder im Teilleistungsbetrieb von einer Halbwellen-Gleichrichterspannungsquelle aus. Beim Betrieb mit voller Leistung ist der erfindungsgemäße Schutz nicht gewährleistet; er ist jedoch während des Teilleistungsbetriebes vorhanden. Aus unten erläuterten Gründen bedeutet dies jedoch keine schwerwiegende Einschränkung.

Die Heizeinheit 12 ist im einzelnen in der Nähe, jedoch im Abstand von dem Boden 30 einer Waschwanne angeordnet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der Betrieb mit voller Leistung der Heizeinheit 12 tritt während eines WaschVorganges dann auf, wenn die Geschirrwaschmaschinenwanne mit Wasser gefüllt ist. Damit wird die durch einen Kurzschluß in der Heizeinheit 12 hervorgerufene Wärme in großem Maße in dem die Heizeinheit 12 umgebenden Wasser abgeleitet, womit die Gefahr des Auftretens eines größeren Schadens auf ein Minimum reduziert ist. Der Teilleistungsbetrieb der Heizeinheit 12 geschieht während eines Trockenteils des Geschirrspül-Arbeitszyklus, wenn die Waschwanne kein Wasser enthält. Unter diesen Bedingungen sind die Folgen eines Kurzschlusses in der Heizeinheit möglicherweise wesentlich schwerwiegender. Die Betriebsund Schutzschaltung 178 für die Heizeinheit nach Fig. gewährleistet den erfindungsgemäßen Schutz während des Teilleistungsbetriebes im Verlauf der Trockenzeit der Geschirrspülmaschine.

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Wie aus Fig. 7 zu ersehen, weist die Schaltung 1 To eine überstroiuschutzschalteinrichtung 1bO auf, die in Reihe zwischen der einen Anschlußklemme 52 und dem einen Anschluß 20 der Heizeinheit 12 liegt und die den Strom unterbricht, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten V7ert übersteigt. In Fig. 7 enthält die Überstromschutzschalteinrichtung 150 lediglich eine Sicherung.

Eine erste Schalteinrichtung 182 enthält einen einpoligen, drei Stellungen aufweisenden Schalter mit einem beweglichen Kontaktanschluß 184 sowie mit einem ersten und einem zweiten feststehenden Kontaktanschluß 186 bzw. 188. Die erste Schalteinrichtung 182 ist vorzugsweise ein üblicher Nockenschalter, der einen Teil des nicht dargestellten Programmschalters (timers) der Geschirrspülmaschine bildet. Der andere Anschluß 22 des Heizelementes 14 ist an dem beweglichen Kontaktanschluß 184 der ersten Schalteinrichtung 182 angeschlossen. Der erste feststehende Kontaktanschluß 186 ist unmittelbar mit der anderen Netzklenme 53 der Netzanschlußeinrichtung 50 verbunden.

Um beim Teilleistungsbetrieb die Schutzwirkung zu erzielen, liegen eine Gleichrichteraiode 190 und eine Fehlerstromdiode mit entgegengesetzter Polarisierung in Reihe zueinander. Ihr Verbindungspunkt 194 ist mit dem zweiten feststehenden Kontaktanschluß 188 verbunden. Zur Vervollständigung der Schaltung ist der freie Anschluß 196 der Gleichrichterdiode 190 an die andere Netzklemme 53 der Netzanschlußeinrichtung 50 angeschlossen, während der freie Anschluß 198 der Fehlerstromdiode 192 mit dem einen Anschluß 20 des Heizelementes 14 verbunden ist.

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Um eine optimale Auslegung der Sicherung 180 im Sinne des bestmöglichen Schutzes während des Halbwellen-Teilleistungsbetriebes zu erzielen, ist die Sicherung 180 derart bemessen, daß sie den (über eine vollständige Wechselspannungsperiode gemittelten) Effektivstrom beim Teilleistungsbetrieb führen kann.

Eine solcher Art bemessene Sicherung könnte möglicherweise den beim Vollwellen-Volleistungsbetrieb erforderlichen Strom nicht führen. Demzufolge ist eine zweite Schalteinrichtung 200 vorgesehen, die mit der ersten Schalteinrichtung 182 zusammenwirkt. Die zweite Schalteinrichtung 200 macht die überstromschutzschalteinrichtung 180 unwirksam, wenn die erste Schalteinrichtung den beweglichen Kontaktanschluß 184 für den Volleistungsbetrieb mit dem ersten festen Kontaktanschluß 186 verbindet. In der dem Volleistungsbetrieb entsprechenden Schalterstellung ist somit die Sicherung 180 durch die Schalteranschlüsse 202, 203 vollständig umgangen, so daß sie von der Schaltung vollkommen abgetrennt ist. In der Teilleistungs-Schalterstellung vervollständigen die Schalteranschlüsse 202, 204 die Reihenschaltung der Sicherung 180 zwischen dem Heizelementanschluß 20 und der Netzanschlußklemme 52.

Im Volleistungsbetrieb, wenn die erste Schalteinrichtung 182 in der zeichnerischen Darstellung in die obere Stellung umgeschaltet ist, ist ein vollständiger ununterbrochener Vollwellen-Schaltkreis von der Netzanschlußklemme 52 über die zweite Schalteinrichtung 200 über das Heizelement 14 über die erste Schalteinrichtung 182 und zurück zu der Netzanschlußklemme 83 geschlossen.

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Im Teilleistungsbetrieb sind die Schalteinrichtungen 182, 200 in die untere Schaltstellung umgeschaltet. Die sich ergebende Schaltung ist im wesentlichen gleich der Schutzschaltung 66, wie sie anhand von Fig. 3 beschrieben worden ist.

In Fig. 8 schließlich ist eine Heizelement-Betriebs- und Schutzschaltung 208 für eine automatische Geschirrspülmaschine dargestellt, die entweder Halbwellen-Teilleistungsbetrieb oder Vollwellen-Volleistungsbetrieb der Heizeinheit 12 ermöglicht, wobei für beide Betriebsweisen vollständiger erfindungsgemäßer Schutz gewährleistet ist. Die spezielle Schalteranordnung der Schaltung 20tf nach Fig. 6 ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Die Schaltung 203 enthält eine überstromschutzvorrichtung in Gestalt einer Sicherung 210, die in Reihe mit der ¹¹L"-Netzleitung liegt. Eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke 212 mit vier Zweigen enthält Dioden 214, 216, 218, 220. Wie weiter unten erläutert, wird der Brückengleichrichter 212 nicht unter allen Betriebsbedingungen als Brückengleichrichter betrieben. Insbesondere wire? er während des Teilleistnngsbetriebes nicht als Brückengleichrichter betrieben.

Die Schalteranordnung nach Fig. 8 enthält einen einpoligen Schalter 222 mit drei Schalterstellungen, der einen Kontaktsatz des Geschirrspülmaschinen-Programmschalters (timers) aufweist. Wie dargestellt, ist ein gemeinsamer Schalteranschluß 224 mit dem einen Anschluß 20 des Heizelementes 14 verbunden. Der andere Anschluß 22 des Heizelementes 14 ist an die positive Gleichspannungsausgangsklemme 226 der Gleichrichterbrücke angeschlossen. Die Wechselspannungseingangsklemmen der Gleichrichterbrücke 212 liegen dauernd zwischen der "L"- und der "N"-Netzleitung. Wegen der speziellen Polarisierung der

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Dioden kann in der Schaltung aber solange kein Strom fließen, bis die Belastung in Gestalt des Heizelementes 14 in irgendeiner Art an die Gleichrichterbrücke 212 angeschlossen ist.

Zum Volleistungsbetrieb wird der untere Anschluß 228 des Schalters 222 mit dem negativen Gleichspannungsausganq 230 des Brückengleichrichters 212 verbunden. Wenn somit der Schalter 222 in der unteren Stellung steht, ist das Heizelement 14 an den Brückengleichrichter 212 praktisch im wesentlichen in der gleichen Weise angeschlossen wie dies anhand von Fig. 4 erläutert worden ist. Der erfindungsgemäße Schutz tritt bei allen Lagen einer Fehlerstelle längs des Heizelementes 12 auf, wie dies ebenfalls unter Bezugnahme auf Fig. 4 erklärt wurde.

Im Teilleistungsbetrieb ist der obere Schalteranschluß über die Sicherung 210 mit der"L"-Netzleitung verbunden. Wenn der Schalter in der oberen oder Teilleistungsstellung steht, ist eine Halbwellen-Betriebs- und Schutzschaltung ausgebildet, die im wesentlichen gleich jener nach Fig. 3 ist, womit wiederum der erfindungsgemäße Schutz gewährleistet ist. .Bei dieser Schaltungsausbildung dient die Diode 214 als Gleichrichterdiode, während die Diode 216 als Fehlerstromdiode wirkt und die Dioden 218, 220 unter keiner Bedingung Strom führen und deshalb praktisch von der Schaltung abgetrennt sind.

Die Bemessung der Sicherung 210 in Fig. 8 muß sorgfältig gewählt werden, weil die Sicherung sowohl bei der Vollwellen- als auch bei der Halbwellenbetriebsbedingung Schutz geben muß. Bei einer speziellen für 120 V-Betrieb ausgelegten Heizeinheit 12 beträgt der Nenneffektivstrom für Halbwellen-Teillastbetrieb 4,4 Ampere bei einer Leistungsabgabe von 375 W. Der Nennstrom bei Vollwellen-

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Volleistungsbetrieb beträgt 6,25 Ampere bei einer abgegebenen Leistung von 750 W. Es ergibt sich somit, daß ehe Sicherungsgröße von etwa 8 Ampere gewählt werden muß, die den erwarteten Normalstrom unter beiden Betriebsbedingungen führen kann, aber beim Auftreten eines Kurzschlusses bei beiden Betriebsbedingungen rasch durchbrennt. Wenn getrennte Sicherungen erwünscht sind, können zusätzliche Schalterkontakte vorgesehen werden, um beim VoIlleistungsbetrieb und beim Teilleistungsbetrieb verschiedene Sicherungen einzuschalten.

Die Erfindung liefert somit einen zuverlässigen Fehlerschutz für ummantelte elektrische Widerstandsheizeinhe.iten. Der Schutz ist unabhängig von der Lage der Fehlerstelle längs der Heizeinheit bei Schaltungen gewährleistet, die zum Betrieb einer Heizeinheit von einem unsymmetrischen 120 V-Netz aus dienen,und zwar sowohl bei Volleistungs- als auch bei Teilleistungsbetrieb; dies gilt in gleicher Weise bei Betrieb des Heizelementes aus einem symmetrischen 240 V-Netz, wobei dann die Heizeinheit im Teilleistungsbetrieb arbeitet. Wenn die Heizeinheit im Volleistungsbetrieb aus einem symmetrischen 240 V-Netz gespeist ist, werden zwar die gesamten Vorteile der Erfindung nicht erzielt, doch ergibt sich dennoch ein bestimmter Vorzug. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gewährleisten einen zuverlässigen und billigen Schutz der Heizeinheiten.

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Leerseite

Claims

Mentanwüte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3, Postfach 348

19. Dezember 19 78 Telefon

PA 138 rÜeh Stuttgart (0711) 356539

35 9619

Telex 07 256610 smru

λ Q τ- r- r\ Q Q Telegramme Patentschutz

£ Q v3 ö Δ. sJ vJ Esslingenneckar

Patentansprüche

/ 1.!Elektrische Schutzschaltung für eine ummantelte \—/elektrische Widerstandsheizeinheit, mit einem zwei Anschlüsse zur Verbindung mit einer Wechselstromquelle aufweisenden und einen geerdeten Außenmantel tragenden Heizelement sowie mit einer aus der Wechselstromquelle elektrische Leistung zuführenden Anschlußeinrichtung mit zwei Anschlußklemmen, von denen eine eine Spannung bezüglich Erde führt und mit denen die Anschlüsse des Heizelementes verbunden sind, wobei eine auf den über die spannungsführende Anschlußklemme fließenden Strom ansprechende und bei überschreiten eines vorbestimmten Stromgrenzwertes den Stromkreis über die Anschlußklemme unterbrechende überstromschutzschalteinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (78; 86, 90) zur abwechselnden Verbindung jedes der beiden Anschlüsse (20, 22) des Heizelementes (14) mit der einen spannungsführenden Anschlußklemme (52) während der Dauer abwechselnder Halbwellen der zugeführten Wechsel-Leistung aufweist, daß. der vorbestimmte Stromgrenzwert höher als der normale Belastungsstrom des Heizelementes (14) und niedriger als der Strom beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers liegt und daß bei einem in der Nähe eines Endes der Heizeinheit (12) auftretenden Kurzschlußfehlers zwischen dem Heizelement (14) und des-

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sen leitendem Außenmantel· (16) über die eine spannungsführende Anschlußklemme (20) ein zur Auslösung der Uberstromschutzschalteinrichtung (70) ausreichender Strom fließt.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur abwechselnden Verbindung der beiden Anschlüsse (20, 22) des Heizelementes (14) v/ährend abwechselnder Halbwellen mit der einen spannungsführenden Anschlußklemme (32) eine einen Anschluß (20) des Heizelementes (14) während der Dauer der Halbwellen beider Polaritäten mit der einen spannungsführenden Anschlußklemme (52) verbindende,, polaritätsunempfindliche Schalteinrichtung (70) und eine einseitig gerichtet _f stromleitende Vorrichtung (78) aufweist, die den anderen Anschluß (22) des Heizelementes (14) mit der spannungsführenden Anschlußklemme (52) verbindet und derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität leitet, während der das Heizelement (14) in fehlerfreiem Zustand unbeheizt ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur abwechselnden Verbindung der beiden Anschlüsse (20, 22) des Heizelementes (14) während abwechselnder Halbwellen mit der einen spannungsführenden Anschlußklemme (52) zwei einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtungen (86, 90) aufweist, von denen eine (86) zwischarfder spannungsführenden Anschlußklemme (52) und dem einen Anschluß (20) des Heizelementes (12) liegt und derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der einen Polari-

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tat leitet und die andere (90 ) zwischen der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) und dem anderenftnschluß (22) des Heizelementes (14) geschaltet und derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität leitet.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 2 oder 3,dadurciygekennzeichnet, daß die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) mit dem Erdpotential verbunden ist.

5. Elektrische Schutzschaltung für eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheity mit einem zwei Anschlüsse zur Verbindung mit einer Wechselstromquelle aufweisenden, von einer Isoliermaterialschicht umgebenen und einen leitenden geerdeten Außenmantel tragenden Heizelement sowie mit einer aus der Wechselstromquelle elektrische Leistung zuführenden Anschlußeinrichtung mit zwei Anschlußklemmen, von denen eine eine Spannung bezüglich Erde führt, wobei eine auf den über die spannungsführende Anschlußklemme fließenden Strom ansprechende und bei überschreiten eines vorbestimmten Stromgrenzwertes den Stromkreis über die Anschlußklemme unterbrechende überstromschutzschalteinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Verbindung der Anschlüsse (20, 22) des Heizelements (12) mit den Anschlußklemmen (52, 53) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen wenigstens einer Polarität aufweist, derart, daß während der Dauer dieser Halbwellen Strom über das Heizelement (14) fließt, daß der eine Anschluß (20) des Heizelementes (14) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der einen Polarität verbunden ist und daß der andere Anschluß (22) des Heizelementes (14) mit der

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einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität verbunden ist, daß der vorbestiinmte Stromgrenzwert höher als der normale Belastungsstrom des Heizelementes (14) und niedriger als der Strom beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers liegt und daß bei einem in der Nähe eines Endes der Heizeinheit (12/ auftretenden Kurzschlußfehler zwischen dem Heizelement (14) und dessen leitendem Außenmantel (1.6) über die eine Anschlußklemme (52) ein zur Auslöung der Überstromschutzschalteinrichtung (70) ausreichender Strom fließt.

. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- - net, daß die auf den normalen Belastungsstrom des Heizelementes (14) ausgeleqte überstromschutzschalteinrichtung (70) in Reihe zu der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) liegt und derart ausgelegt ist, daß sie bei einem etwa dem doppelten Belastungsnennstrom des Heizelementes (12) übersteigenden Strom den Stromkreis unterbricht, daß der eine Anschluß (20) des Heizelementes (14) über die überstromschutzschalteinrichtung (70) mit der einen Klemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der einen Polarität verbunden ist und daß der andere Anschluß (22) des Heizelementes (14; über die uberstromschutzschalteinrich tung (70) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität verbunden ist.

7. Schutzschaltung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des anderen Anschlusses (22) des Heizelementes (14) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität eine

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einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (78) aufweist, die zwischen der anderen Klemme (22) des. Heizelementes (14) und der einen Klemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) liegt und derart polarisiert ist, daß sie während der D&^-ier der Halbwellen der anderen Polarität leitend ist.

8. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (78) eine Halbleiterdiode ist.

9. Schutzschaltung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) mit dem Erdpotential verbunden ist.

10. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung der Anschlüsse (20, 22) der Heizeinheit (12) mit den Anschlußklemmen (52, 53) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen zumindest einer Polarität eine polaritätsunempfindliche Einrichtung (70) aufweist, die einen Anschluß (20) des Heizelementes (12) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) verbindet und daß zwischen dem anderen Anschluß (22) des Heizelementes (14) und der anderen Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) eine einseitig gerichtet, stromleitende Vorrichtung (68) liegt, die derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der einen Polarität leitet.

. Schutzschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des anderen Anschlusses (22) des Heizelementes (14) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität eine einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (90)

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aufweist, die zwischen dem anderen Anschluß (22) des Heizelementes (14) und der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) liegt und derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität leitet.

12. Schutzschaltung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die andere Anschlußklemme (5 3) der Anschlußeinrichtung (50) mit dem Erdpotential verbunden ist.

. Schutzschaltung nach Anspruch 5, aadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung der Anschlüsse (20, 22) der Heizeinheit (12) mit den Anschlußklemmen (52, 53) der Anschlußeinrichtung (50) während der Dauer der ilalbwellen zumindest einer Polarität eine einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (86) aufweist, die den einen Anschluß (20) des Heizelementes (12) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung verbindet und daß durch eine andere einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (92) der andere Anschluß (22) des Heizelementes (14 ) mit der anderen Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) verbunden ist und beide einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtungen (86, 92) derart polarisiert sind, daß sie während der Dauer der Halbwellen der einen Polarität leiten.

14. Schutzschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des anderen Anschlusses (22) des Heizelementes (14.) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung während der Dauer der Halbwellen der anderen Polarität eine einseitig gerichtet stromleitende Vorrichtung (90) aufweist, die den anderen Anschluß (22) des Heizelementes (14) mit der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinxichtung (50) verbindet und derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der

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anderen¹ Polarität leitet.

. Schutzschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) mit dem Erdpotential verbunden ist.

16. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem anderen Anschluß (22) des Heizelementes (12) und der anderen Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) eine Gleichrichterdiode (68) in Reihe geschaltet ist, die derart polarisiert ist, daß sie während der Dauer der Halbwellen der einen Polarität leitet und daß parallel zu dem Heizelement (14) zwischen der einen Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) und dem anderen Anschluß (2 2) des Heizelementes (14) eine Fehlerstromdiode (78) liegt, die bezüglich der Gleichrichterdiode (68) umgekehrt polarisiert ist.

17. Schutzschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) mit dem Erdpotential verbunden ist.

18. Elektrische Schutzschaltung für eine ummantelte elektrische Widerstandsheizeinheit mit einem zwei Anschlüsse zur Verbindung mit einer Wechselstromquelle aufweisenden, von eineriisoliermaterialschicht umgebenen und einen leitenden geerdeten Außenmantel tragenden Heizelement sowie einer aus der Wechselstromquelle elektrische Leistung zuführenden Anschlußeinrichtung mit zwei Anschlußklemmen, von denen eine Spannung bezüglich Erde führt und die andere mit dem Erdpotential verbunden ist, wobei an die eine Anschlußklemme der Anschlußeinrichtung eine für den normalen Belastungsstrom des Heizelementes ausgelegte überstromschutzschalteinrichtung

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angeschlossen ist, die derart ausgelegt ist, daß sie den Stromkreis beim Auftreten eines etwa den doppelten Nennbelastungsstrom des Heizelementes übersteigenden überstrom unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Brückengleichrichter (84) mit vier Zweigen und zwei Wechselspannungsanschlußklemmen (94, 96) sowie zwei Gleichspannungsausgangsklemmen (20, 22) aufweist, an dessen Ausgangsklemmen die Heizelementanschlüsse (20, 22) angeschlossen sind, daß eine der Wechselspannungseingangsklemmen (94) des Brückengleichrichters (84) mit dem.anderen Anschluß der Überstromschutzschalteinrichtung (70) und die andere Wechselspannungseingangsklemme (96) . des Brückengleichrichters (84) mit der anderen Anschlußklemme (5 3) der Anschlußeinrichtung (50) verbunden ist., derart, daß im normalen Betrieb Vollwellen-gieichgerichteter Strom durch das Heizelement (14) fließt und dieses erwärmt und beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen dem Heizelement (14) und dessen Außenmantel (16) ein unabhängig von der Lage der Fehlerstelle längs des Heizelementes (14) für die Auslösung der überstromschutzschalteinrichtung (70) ausreichender Strom über diese fließt.

19. Automatische Geschirrspülmaschine mit einer elektrischen Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Schalteinrichtung (182) mit einem beweglichen Kontaktanschluß (184) sowie einem ersten und zweiten feststehenden Kontaktanschluß (186, 188) aufweist, von denen der bewegliche Kontaktanschluß (184) mit dem anderen Anschluß (22) des Heizelementes (14) verbunden ist und der erste feststehende Kontaktanschluß (186) an die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) angeschlos sen ist, derart, daß das Heizelement (14) zwischen den

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Anschlußklemmen (52, 53) der Anschlußeinrichtung (50) liegt, wenn die erste Schalteinrichtung (182) den beweglichen Kontaktanschluß (184) und den ersten feststehenden Kontaktanschi.ß (186) miteinander verbinden, daß eine Gleichrichterdiode (190) und eine in Reihe zu dieser liegenden sowie entgegengesetzt polarisierte Feierstromdiode (192) vorgesehen sind und der Verbindungspunkt (154) der beiden Dioden (190, 192) mit dem zweiten feststehenden Kontaktanschluß (188) der ersten Schalteinrichtung (182) verbunden ist und daß der freie Anschluß der Gleichrichterdiode (190) an die andere Anschlußklemme (53) der Anschlußeinrichtung (50) sowie der freie Anschluß der FehlerStromdiode (192) an die eine Anschlußklemme (52) der Anschlußeinrichtung (50) angeschlossen sind.

20. Geschirrspülmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit der ersten Schalteinrichtung (182) gekoppelte zweite Schalteinrichtung (200)' aufweist, die derart geschaltet ist, daß sie die Überstromschutz schalteinrichtung (180) unwirksam macht, wenn durch die erste Schalteinrichtung (182) der bewegliche Kontaktanschluß (184) mit dem ersten feststehenden Kontaktanschluß (186) verbunden ist.

21. Geschirrspülmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (182) durch einen von einem Programmschaltwerk gesteuerten Kontaktsatz gebildet ist.

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22. Verfahren zur Unterbrechung eines KurzSchlußfehlers zwischen dem Heizelement und dem geerdeten leitenden Außenmantel eines ummantelten elektrischen Widerstandheizelementes, das aus einer gegenüber Erde unsymmetrischen Wechselspannungsquelle gespeist ist, die eine eine Spannung bezüglich dem Erdpotential führende und eine weitere geerdete Anschlußklemme aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd die beiden Anschlüsse des Heizelementes an die eine spannungsführende Anschlußklemme der Wechselspannungsquelle während abwechselnder Wechselstromhalbwellen angelegt werden, der über diese Anschlußklemme der Wechselspannungsquellen fließende Strom gemessen und die Wechselspannungsquelle von dem Heizelement abgetrennt wird, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

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