DE3706184C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für mit Wechselspannung im Vollwellenbetrieb zu betreibende elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere schmiegsame Wärmegeräte, mit einer an der Betriebswechselspannung liegenden Serienschaltung aus dem Heizleiter des Gerätes und einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter von der Betriebswechselspannung durch thermische Auslösung trennenden Unterbrecherelement, sowie mit einer Sensorleitung, die räumlich parallel zum Heizleiter angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt, wobei die Sensorleitung von dem Heizleiter durch eine Isolierschicht getrennt ist, die bei normaler Betriebstemperatur einen relativ hohen, mit steigender Temperatur abnehmenden Wechselstromwiderstand aufweist und/oder oberhalb einer Sicherheitstemperatur schmilzt, und wobei ein thermisch auf das Unterbrecherelement einwirkendes Heizglied vorgesehen ist, dessen Heizleistung durch den vom Heizleiter über die Isolierschicht zur Sensorleitung und von dieser zu einem der Anschlüsse der Betriebswechselspannung fließenden Leckstrom gesteuert wird.

Aus der DE-OS 31 21 550 ist eine hiermit im wesentlichen gattungsgleiche automatische Temperatursteuervorrichtung für ein elektrisches Gerät wie eine elektrische Heizdecke bekannt, bei welcher die Heizleistungsregelung über einen Thyristor erfolgt, der mit dem eigentlichen Heizleiter in Reihe an der Versorgungsspannung liegt. Dadurch erfolgt ein Stromfluß durch den Heizleiter jeweils in der einen Halbwelle des anliegenden Wechselstroms, während in der jeweils zweiten Halbwelle, während der der Thyristor den Stromfluß durch das Heizelement sperrt, die vorgesehenen Sicherheits- und Kontrollmessungen vorgenommen werden. Diese Betriebsweise hat neben der Reduzierung auf die Hälfte der maximal möglichen Leistungsaufnahme den Nachteil, daß aufgrund des reinen Gleichspannungsbetriebes in Folge von Galvanisierungseffekten eine erhöhte Korrosion an Kontakten und dergl. zu beobachten ist. Wegen gesetzlicher Vorschriften ist eine solche Betriebsweise nur noch bei sehr geringen Leistungen zulässig.

Aus der DE-OS 29 33 072 ist eine Schaltung bekannt, bei der das Heizglied von zwei elektrischen Widerständen gebildet ist, deren einer Anschluß jeweils mit dem einen bzw. dem anderen Ende des Heizleiters verbunden ist und deren beiden anderen Anschlüsse über zwei mit entgegengesetzter Flußrichtung in Reihe geschaltete Dioden miteinander verbunden sind. Der gemeinsame Anschluß der Dioden steht dabei mit der Sensorleitung in Verbindung. Bei einer Abnahme des Isolationswiderstandes zwischen der Sensorleitung und dem Heizleiter in Folge einer Überhitzung des Heizleiters beginnt ein merklicher Strom über das Heizglied zu fließen, dessen Erwärmung bei hinreichender Temperatur zu einem Abschalten des Unterbrecherelements führt. Jedoch hängt der Stromfluß durch das Heizglied von dem Ort der lokalen Überhitzung ab, so daß das Unterbrecherelement unter Umständen erst zu spät oder überhaupt nicht anspricht. Dadurch können bleibende Schäden am Wärmegerät auftreten oder sogar die Gefahr eines Brandes drohen.

Die in der DE-OS 28 43 907 beschriebene Schaltungsanordnung kommt der aus der DE-OS 29 33 072 bekannten Schaltung recht nahe, besitzt der gegenüber jedoch den zusätzlichen Nachteil, daß statt nur einer Sensorleitung gleich deren zwei benötigt werden, wobei darüber hinaus auch hier nur der Stromfluß in einer Richtung durch den Heizleiter möglich ist. Bei der Heizeinrichtung nach der DE-OS 36 23 087 ist ebenfalls eine den Stromkreis im Gefahrenfall unterbrechende Schmelzsicherung vorgesehen, die durch die von zwei Widerständen abgegebene Wärme ausgelöst wird. Da sich diese Widerstände jedoch unmittelbar im Stromkreis des Heizleiters befinden, läßt sich eine Auslösung der Schmelzsicherung durch eine lokale Überhitzung des Heizleiters nicht erreichen. Ein durch eine lokale Überhitzung des Heizleiters auftretender Leckstrom über die dort vorhandene Sensorleitung dient nur dazu, die Gesamtheizleistung über eine veränderte Ansteuerung des als Triac ausgebildeten Schalters zu reduzieren.

Der Temperaturregler nach der US-PS 42 72 671 besitzt zur Temperaturregelung ein Relais, über dessen Kontakte in bekannter Weise der Heizleiter jeweils für bestimmte Zeiträume mit der Stromquelle in Verbindung gebracht wird. Hierbei ist jedoch keinerlei thermisch ansprechende Sicherung vorgesehen, die zu einer dauerhaften Abschaltung des Heizgerätes nach dem Auftreten einer flächenhaften oder lokalen Überhitzung fähig ist.

Gleiches gilt auch für die US-PS 38 14 899, die eine Überwachungseinrichtung zur Verhinderung von Übertemperaturen bei elektrischen Wärmegeräten beschreibt. Auch bei dieser Überwachungseinrichtung ist keine Möglichkeit vorgesehen, im Falle eines Gefahrenzustandes eine dauerhafte Unterbrechung des Heizstromes vorzunehmen. Der Bimetallschalter im Überwachungssystem, der im Falle einer Übertemperatur den Stromkreis zunächst öffnet, schließt nach Abkühlung des Wärmegerätes wieder, so daß es erneut zu einer Überhitzung an der Schadstelle kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unabhängig von der jeweiligen Stelle des Gefahrenzustandes im Wärmegerät sowie den Eigenschaften des Heizleiters eine sichere, und gegebenenfalls schnelle und dauerhafte Abschaltung bei drohender Gefahr erfolgt, das Wärmegerät also ganzflächig überwacht wird. Dabei soll die Sicherheitsschaltung auch die Möglichkeit zulassen, das Wärmegerät in verschiedenen Leistungsstufen bei Vollwellenbetrieb zu schalten bzw. zu regeln.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an die Sensorleitung eine bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms ansprechende Diskriminatorschaltung und/oder eine Verstärkerstufe angeschlossen ist, die von einem halbleitenden Schaltelement wie einem Transistor oder Thyristor gebildet ist und die das Heizglied aus der Betriebswechselspannung mit Strom speist, wobei der Transistor oder der Thyristor in Reihe mit dem Heizglied an den gleichspannungsseitigen Anschlüssen eines Brückengleichrichters angeschlossen ist, dessen wechselspannungsseitigen Anschlüsse von der Betriebswechselspannung gespeist werden.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß unter normalen Betriebsbedingungen kein oder allenfalls ein geringer Strom durch das Heizglied fließt, wodurch das Unterbrecherelement hinsichtlich seiner Auslösetemperatur relativ empfindlich ausgebildet werden kann. Dadurch wird nicht nur ein bedarfsweise rasches Ansprechen des Unterbrecherelements bei lokaler Überhitzung, sondern auch bei Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur sicher gestellt. Übergangswiderstände beispielsweise an der Oberfläche des Heizleiters haben praktisch keinen Einfluß auf das Ansprechen der Sicherheitsschaltung im Falle eines Gefahrenzustandes, da der zu überwachende Isolationswiderstand der Isolierschicht wesentlich höhere Werte aufweist als der Übergangswiderstand an der Oberfläche des Heizleiters erreichen kann. Im übrigen läßt die Sicherheitsschaltung einen Vollwellenbetrieb zu, so daß auch Korrosionen an Kontaktstellen und dergl. nicht auftreten können.

Um auch im Falle eines Kurzschlusses im Brückengleichrichter ein Abschalten des Unterbrecherelementes zu erreichen, empfielt es sich, daß zumindest einer der wechselspannungsseitigen Anschlüsse des Brückengleichrichters über einen Vorwiderstand an der Betriebswechselspannung angeschlossen ist, der in thermischer Wechselwirkung mit dem Unterbrecherelement steht. Zur Vermeidung eines Ansprechens der Sicherheitsschaltung auf kurze, insbesondere aus der Betriebswechselspannung stammende Impulse empfiehlt es sich, daß zwischen dem Steueranschluß des halbleitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein Tiefpaßfilter angeordnet ist. Der Heizleiter und die Sensorleitung sind in bevorzugter Ausführungsform als konzentrische Doppelkordel aufgebaut, da auf diese Weise Beschädigungen bzw. lokale Überhitzungen jeder Art in besonders sicherer Weise störungsfrei erfaßt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 den Gegenstand nach der Erfindung, dargestellt als Stromlaufplan,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Gegenstands nach Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Sicherheitsschaltung ist für mit Wechselspannung betriebene elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere für schmiegsame Wärmege­ räte vorgesehen. Der Heizleiter 1 des im übrigen nicht dargestellten Wärmegeräts liegt in Reihe mit einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter 1 von der Betriebswechselspannung durch ther­ mische Auslösung trennenden Unterbrecherelement 2, wobei die Betriebswechselspannung über einen ein- oder zwei­ phasig trennenden Netzschalter 3 sowie gegebenenfalls über eine Sicherung 4 dieser Serienschaltung zugeführt wird.

Ferner ist eine Sensorleitung 5 vorgesehen, die in in der Zeichnung nicht näher dargestellter Weise räumlich parallel zum Heizleiter 1 angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt. Die Sensorleitung 5 und der Heizleiter 1 sind durch eine nur schematisch wiedergegebene Isolierschicht 6 vonein­ ander getrennt, die bei normaler Betriebstemperatur einen relativ hohen, mit steigender Temperatur jedoch abnehmenden Wechselstromwiderstand aufweist. Die Iso­ lierschicht 6 kann alternativ oder auch ergänzend so ausgebildet sein, daß sie oberhalb einer vorgegebenen Sicherheitstemperatur schmilzt, so daß sich zwischen dem Heizleiter 1 und der Sensorleitung 5 ein direkter mechanischer und damit auch elektrischer Kontakt er­ gibt. Schließlich weist die Sicherheitsschaltung ein thermisch auf das Unterbrecherelement 2 einwirkendes Heizglied 7 auf, dessen Heizleistung durch den vom Heizleiter 1 über die Isolierschicht 6 zur Sensorlei­ tung 5 und von dieser zu einem der Anschlüsse 8 der Betriebswechselspannung fließenden Leckstrom gesteuert wird. An die Sensorleitung 5 ist dazu eine Diskrimina­ torschaltung sowie eine Verstärkerstufe 9 angeschlossen, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms anspricht und das Heizglied 7 aus der Be­ triebswechselspannung mit Strom speist.

Im einzelnen ist die Diskriminator- und Verstärkerstufe 9 im Ausführungsbeispiel von einem Thyristor gebildet, der ab einem gewissen Zündstrom in den leitenden Zustand schal­ tet, wodurch die Diskriminatorfunktion gegeben ist. Da der dann durch den Thyristor fließende Strom wesentlich größer sein kann als der Zündstrom, ist auch die Ver­ stärkungsfunktion erfüllt. Ebenso kann stattdessen je­ doch auch ein Transistor oder ein Triac Verwendung fin­ den. Um in beiden Polarisationsrichtungen der Betriebs­ wechselspannung das Heizglied 7 speisen zu können, ist der Thyristor in Reihe mit dem Heizglied 7 an den gleich­ spannungsseitigen Anschlüssen eines Brückengleichrich­ ters 10 angeschlossen. Die wechselspannungsseitigen An­ schlüsse des Brückengleichrichters 10 werden dabei von der Betriebswechselspannung gespeist.

Um auch bei einem möglicherweise in dem Brückengleich­ richter 10 auftretenden Kurzschluß ein Ansprechen des Unterbrecherelements 2 zu erreichen, ist zumindest einer der wechselspannungsseitigen Anschlüsse des Brückengleichrichters 10 über einen Vorwiderstand 11 an der Betriebswechselspannung angeschlossen, der ebenfalls in thermischer Wechselwirkung mit dem Unter­ brecherelement 2 steht. Zur Vermeidung eines Anspre­ chens der Sicherheitsschaltung beim Auftreten kurzer Spannungsimpulse beispielsweise auf der Betriebswech­ selspannung ist zwischen dem Steueranschluß des halb­ leitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein in üblicher Weise aus einem Widerstand 12 und einem Kon­ densator 13 gebildetes Tiefpaßfilter angeordnet. Der aus den beiden Widerständen 14 gebildete Spannungs­ teiler erlaubt eine Anpassung der Ansprechempfindlich­ keit der Schaltung.

Um lokale Überhitzungen oder sonstige Schäden an dem Heizleiter in jedem Fall zuverlässig erfassen zu kön­ nen, sind der Heizleiter und die Sensorleitung in in der Zeichnung nicht näher dargestellter Weise zweck­ mäßig als konzentrische Doppelkordel aufgebaut.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ermöglicht eine Veränderung der Heizleistung in zwei Stufen über eine dem Heizleiter 1 in Reihe geschaltete, über einen Schalter 15 überbrückbare Diode 16.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich dem­ gegenüber lediglich darin, daß zwei Heizleiter 1 vor­ gesehen sind, deren einer das Oberteil und deren an­ derer das Fußteil des Wärmegeräts beheizt. Die zusätz­ lich vorgesehenen Schalter ermöglichen sowohl unter­ schiedliche Arten der Beheizung als auch die Wahl unterschiedlicher Heizleistungen. Dennoch wird die erfindungsgemäße Wirkungsweise der Sicherheitsschal­ tung hierdurch nicht beeinflußt.

Claims (4)

1. Sicherheitsschaltung für mit Wechselspannung im Vollwellenbetrieb zu betreibende elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere schmiegsame Wärmegeräte, mit einer an der Betriebswechselspannung liegenden Serienschaltung aus dem Heizleiter des Gerätes und einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter von der Betriebswechselspannung durch thermische Auslösung trennenden Unterbrecherelement, sowie mit einer Sensorleitung, die räumlich parallel zum Heizleiter angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt, wobei die Sensorleitung von dem Heizleiter durch eine Isolierschicht getrennt ist, die bei normaler Betriebstemperatur einen relativ hohen, mit steigender Temperatur abnehmenden Wechselstromwiderstand aufweist und/oder oberhalb einer Sicherheitstemperatur schmilzt, und wobei ein thermisch auf das Unterbrecherelement einwirkendes Heizglied vorgesehen ist, dessen Heizleistung durch den vom Heizleiter über die Isolierschicht zur Sensorleitung und von dieser zu einem der Anschlüsse der Betriebswechselspannung fließenden Leckstrom gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sensorleitung (5) eine bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms ansprechende Diskriminatorschaltung und/oder eine Verstärkerstufe (9) angeschlossen ist, die von einem halbleitenden Schaltelement wie einem Transistor oder Thyristor gebildet ist und die das Heizglied (7) aus der Betriebswechselspannung mit Strom speist, wobei der Transistor oder der Thyristor in Reihe mit dem Heizglied (7) an den gleichspannungsseitigen Anschlüssen eines Brückengleichrichters (10) angeschlossen ist, dessen wechselspannungsseitigen Anschlüsse von der Betriebswechselspannung gespeist werden.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der wechselspannungsseitigen Anschlüsse des Brückengleichrichters (10) über einen Vorwiderstand (11) an der Betriebswechselspannung angeschlossen ist, der in thermischer Wechselwirkung mit dem Unterbrecherelement (2) steht.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steueranschluß des halbleitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein Tiefpaßfilter (12, 13) angeordnet ist.

4. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (1) und die Sensorleitung (5) als konzentrische Doppelkordel aufgebaut sind.