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Die vorliegende Erfindung betrifft ein flaches elektrisches
Widerstandsheizelement.
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Widerstandselemente der Art, auf die sich die Erfindung
bezieht, finden zahlreiche verschiedene Verwendungen.
Beispiele solcher Verwendungen sind das Heizen flacher
Oberflächen wie Fußböden und Dächer, d.h. Zimmer- und
Raumheizung, Heizung elektrisch beheizter Schlafdecken und
Matratzen, insbesondere für medizinische Zwecke. Die
vorliegende Erfindung kann in allen diesen Anwendungsfällen
mit Vorteil angewandt werden, sie ist jedoch speziell für
die Verwendung als Heizelement für Wasserbetten bestimmt.
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Die Widerstandselemente für den oben angeführten Zweck sind
geelgneterweise sogenannte Folienelemente. Diese umfassen
einen elektrischen Leiter, der an und/oder zwischen Folien
aus Isoliermaterial, vorzugsweise Kunststoffolie,
angebracht ist. Um die gewünschten Eigenschaften der Elemente
zu erhalten, kann die Folie mehrere Lagen besitzen. Die
allgemein am meisten verwendeten Kunststoffmaterialien sind
Polyester, Polyethylen und PVC, jedoch werden für spezielle
Anwendungen hochtemperaturbeständige Materialien wie
Polyimid benutzt.
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Der elektrische Leiter, der in die Isolierpumpe eingebettet
ist, ist vorzugsweise ein Draht oder ein Band aus dünner
Metallfolie. Sein Muster kann dadurch erreicht werden, daß
eine Metallfolie geätzt wird, die mit einer Kunststoffolie
laminiert ist. Die Dicke der Metallfolie kann in der
Größenordnung von hundertstel mm sein, und die Breite der
Bänder in dem so hergestellten Muster kann von einigen
wenigen zehntel mm bis zu wenigen mm reichen. Geeignete
Metallwerkstoffe sind Messing, Aluminium und bestimmte
korrosionsfreie Legierungen, Nickel-Chrom-, Kupfer-Nickel-
und Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen. Für spezielle Zwecke
werden auch Blei/Zinn-Legierungen verwendet. Es ist ferner
möglich, daß der Widerstandsdraht ein Metalldraht
vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt ist, der an der
Folie in einem gewünschten Muster angebracht wird.
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Wie die meisten anderen elektrischen Einrichtungen erzeugen
auch Widerstandselemente elektromagnetische Felder. Solche
Felder können Auswirkungen auf den Menschen haben, jedoch
ist bislang wenig darüber bekannt, welche Auswirkungen
diese magnetischen Felder auf den Menschen haben können.
Dieses trifft zumindest im Falle von Magnetfeldern zu, die
mit niedrigen Frequenzen schwanken und eine geringe Stärke
besitzen. Elektrischer Strom für den Hausgebrauch hat eine
Frequenz von etwa 50 Hertz, was in diesem Fall als eine
niedrige Frequenz anzusehen ist, und Geräte und
Vorrichtungen, die im Haushalt verwendet werden, rufen nur
Magnetfelder von geringer Stärke hervor. Da der Einfluß
solcher Magnetfelder auf den Menschen insgesamt unbekannt
ist, besteht allgemein der Wunsch, daß die Stärke dieser
Magnetfelder so niedrig wie möglich sein soll, um die
Auswirkungen, falls vorhanden, auf ein Minimum herabzusetzen.
Widerstandselemente der hier betrachteten Art rufen
ebenfalls solche Magnetfelder hervor, und die Erfindung
betrifft Widerstandselemente der Art, bei denen die Stärke
der Magnetfelder beträchtlich niedriger ist als bei zuvor
bekannten Widerstandselementen der entsprechenden Art, den
sogenannten Folienelementen.
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In DE-C-566 962 ist ein Verfahren zum Verlegen von
Heizdraht in einer Schleifenanordnung beschrieben, bei dem der
Draht einmal gefaltet wird, um zwei parallele Drähte zu
erhalten, und diese "ein" und "aus" parallel zueinander
anzubringen, wodurch man vier parallele Leiter erhält. Es wird
betont, daß die Leiter sich nicht kreuzen dürfen. Das
resultierende Muster sind parallele Leiter, wobei die
Stromrichtung in einem Leiter in einem gegebenen Augenblick
entgegengesetzt
ist zu der Stromrichtung in den benachbarten
Leitern.
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Gemäß der Erfindung ist ein flaches elektrisches
Widerstandsheizelement geschaffen, wie es im Anspruch 1
beansprucht ist. Dieses Element hat in Schleifen über eine
Fläche verlegte elektrische Leiter, wobei die Leiter einen
Widerstandsdraht oder ein Widerstandsband umfassen, und ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen vier zueinander
über im wesentlichen das gesamte Element parallele Leiter
und Anordnungen für eine Verbindung der Leiter mit einer
Spannungsquelle besitzen. Die vier parallelen Leiter sind
elektrisch so verbunden, daß in einem gegebenen Augenblick
die Stromrichtung in den beiden äußeren Leitern die gleiche
Richtung und in den beiden inneren Leitern die gleiche
Richtung entgegengesetzt zu den äußeren Leitern hat.
Vorzugsweise sind die Leiter zwei zu zwei an einem Ende
verbunden, so daß zwei Paare paralleler Leiter erreicht
werden. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Leiter an
jedem Ende einen Anschlußpunkt besitzen und daß ein
Anschlußpunkt jedes Leiterpaares mit einem Anschlußpunkt am
anderen Leiterpaar verbunden und ein Anschlußpunkt jedes
Leiterpaares an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.
Vorzugsweise sind die beiden miteinander verbundenden
Anschlußpunkte der beiden Leiterpaare nicht diejenigen zweier
benachbart zueinander positionierter der vier parallelen
Leiter. Die von den vier parallelen Leitern gebildeten
Schleifen sollten so auf der Oberfläche verlegt werden, daß
die Leiter soweit wie möglich parallel zueinander
verlaufen, wodurch der Abstand zwischen zwei Leitern im
wesentlichen der gleiche ist sowohl zwischen den vier
Leitern als auch zwischen benachbart zueinander
positionierten Leitern benachbarter Schleifen.
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Nachfolgend wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Figuren 1 und
2 zeigen zwei verschiedene Wege der Erzeugung von Elementen
gemäß der Erfindung. Die Figuren 3 und 4 zeigen in
entsprechender Weise gebildete Elemente mit längeren Leitern,
die in mehreren Schleifen angeordnet sind. Die Fig. 5 zeigt
ein Element nach der Erfindung in natürlicher Größe. Die
Fig. 6 zeigt ein Element nach dem Stand der Technik.
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In den Figuren 1 bis 5 sind gleiche Bezugszahlen für die
gleichen Teile verwendet worden. Die Elemente umfassen eine
Anzahl von Schleifen, und in Fig. 4 ist ein Teil einer
solchen Schleife von einer gestrichelten Linie 10
umschlossen. Jede Schleife hat vier parallele und mit
gleichen Abständen voneinander angeordnete Leiter. Wie in
den Figuren 1 bis 4 gezeigt, erhält man die vier parallelen
Leiter einer Schleife unter Verwendung zweier Drähte oder
Bänder 1 und 2. Wie z.B. in Fig. 3 gezeigt, erhält man ein
Leiterpaar (d.h. zwei Leiter) von jedem Draht oder Band,
wobei zwei derartige Paare die vier Leiter einer Schleife
bilden. Die Leiter bzw. Leiterpaare haben Anschlußpunkte 3,
4, 5 und 6. Bei jedem Paar von Leiter oder dgl. ist ein
Anschlußpunkt 3 und 6 mit einer entsprechenden Leitung 7 und
8 verbunden. Die Leitungen können Bänder mit erweiterten
Bereichen 7A und 8A sein oder auf andere geeignete Weise
hergestellt sein. Die beiden Leiterpaare sind durch den
Verbinder 9 verbunden. Letzterer kann wie bei der in Fig. 5
gezeigten Ausführungsform der Erfindung eine Wärmesicherung
10 aufweisen.
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Das Element nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 6
gezeigt, umfaßt einen Leiter 11 mit zwei Leitungen 12 und 13.
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In den Figuren 1 bis 4 und 6 ist die Stromrichtung in einem
gegebenen Augenblick durch Pfeile angegeben. Es ist daraus
ersichtlich, daß bei einem Element nach der Erfindung die
Stromrichtung in den beiden äußeren Leitern ein und
dieselbe und bei den beiden inneren Leitern die gleiche in
entgegengesetzter Richtung ist. Diese Anordnung bringt eine
erhebliche Verringerung des von den Elementen erzeugten
magnetischen Feldes mit sich. Im Unterschied zu den
Elementen nach der Erfindung ist die Stromrichtung in zwei
benachbarten Leitern in einem Element nach dem Stand der
Technik, wie in Fig. 6 gezeigt, stets gegenläufig
zueinander.
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Die von verschiedenen Elementen erzeugten magnetischen
Felder sind aufgezeichnet worden. Die Aufzeichnungen wurden
in einem Abstand von 10 cm rechtwinklig von der ebenen
Oberfläche der Elemente und bei an einen Wechselstrom von
220 V, 50 Hz angeschlossenen Elementen vorgenommen. Zum
Zeitpunkt der Aufzeichnung betrug der Strom in den
Elementen etwa 1,4 A. Bei Elementen nach der Erfindung betrug
das Magnetfeld an verschiedenen Positionen über dem Element
0,10 bis 0,15 µT. Unter den gleichen Bedingungen wurden
auch Aufzeichnungen mit einem Element nach dem Stand der
Technik vorgenommen, wobei das Magnetfeld etwa 1,6 µT
betrug.