DE10118922C1 - Verfahren zur Sicherung und Regelung einer elektrischen, explosionsgeschützten Heizung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung (1), insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Instrumenten-Schutzschranks, mit einem Heizkörper (2) mit einer Aufnahmeöffnung (3) sowie mit einem Heizelement (5) und einer in Reihe geschalteten Schmelzsicherung (6) als Übertemperatursicherung, wobei das Heizelement (5) und die Übertemperatursicherung (6) in die Aufnahmeöffnung (3) eingesetzt und dort vergossen sind. Das Heizelement (5) und die Schmelzsicherung (6) sind über Anschlussleitungen (8, 14) mit einem Temperaturregler (9) verbunden, an den zudem ein Umgebungs-Temperaturfühler (10) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich im Bereich der Schmelzsicherung ein Sicherungs-Temperaturfühler (11) mit eingegossen, der ebenfalls mit dem Temperaturregler (9) verbunden ist. Mit diesem Sicherungs-Temperaturfühler (11) ist die aktuelle Temperatur der Schmelzsicherung (6) für einen Vergleich mit einer Umschalttemperatur ermittelbar und die Umschalttemperatur mit einem Sicherheits-Temperaturabstand unterhalb der Ansprechtemperatur der Schmelzsicherung (6) festgelegt. Der Temperaturregler (9) arbeitet in einem Temperaturbereich unterhalb der vorgegebenen und mit dem Sicherungs-Temperaturfühler (11) ermittelbaren Umschalttemperatur in üblicher Weise in einem Regelkreis unter Einbeziehung des Umgebungs-Temperaturfühlers (10) als Istwertgeber, wobei der Temperaturregler (9) bei Erreichen und/oder Überschreiten der Umschalttemperatur unter ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung und Regelung einer elektri­ schen, explosionsgeschützten Heizung, insbesondere zur Innenraumbehei­ zung eines Instrumenten-Schutzschranks nach Anspruch 1 und eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2.

Allgemein ist von einer explosionsgeschützten Heizung zu fordern, dass sie bei guter Effektivität wenig Raum beansprucht, an unterschiedliche Gegebenhei­ ten anpassbar ist, eine eingestellte Temperatur möglichst genau geregelt ein­ hält und Schutzvorschriften hinsichtlich eines Berührungsschutzes und eines Explosionsschutzes eingehalten werden.

Eine bekannte elektrische Heizung (DE 36 33 682 A1) besteht aus einem Heizkörper mit Aufnahmeöffnungen, wobei in eine Aufnahmeöffnung ein Heiz­ element und die andere Aufnahmeöffnung eine Übertemperatursicherung und ein Istwert-Temperaturfühler eingesetzt sind.

Solche Heizungen sind den konkreten Einsatzbedingungen so anzupassen und so zu dimensionieren, dass bei einem temperaturgeregelten Betrieb durch den Explosionsschutz vorgegebene Grenztemperaturen nicht überschritten werden. Bei ungünstigen Gegebenheiten und einem Zusammenwirken un­ günstiger Randbedingungen sind aber insbesondere bei einem Überschwingen der Temperaturregelung ohne Zusatzmaßnahmen unzulässige Überhitzungen an der Heizung nicht auszuschließen. Um dennoch Explosionsschutzvorschrif­ ten sicher einhalten zu können, unterbrechen in einem solchen Fall die vorste­ hend genannten Übertemperatursicherungen den elektrischen Heizkreis. Bis­ her werden als Übertemperatursicherungen reversible Schaltelemente verwen­ det, die nach einem Ansprechen in ihre Sicherungsfunktion wieder rücksetzbar sind. Es sind auch von Hand wechselbare Schmelzsicherungen bekannt. Nach dem Ansprechen einer Übertemperatursicherung kann diese bisher einfach und schnell durch ein Rücksetzen der Sicherung oder einen Sicherungsaus­ tausch in ihrer Funktion wieder hergestellt werden.

Gemäß neuer Richtlinien sind mit Übergangsfristen bei vergussgekapselten Heizungen nur noch Schmelzsicherungen als Übertemperatursicherungen zu­ lässig. Ersichtlich ist bei einer solchen miteingegossenen Schmelzsicherung nach deren Ansprechen ein Rücksetzen der Sicherung oder ein Austausch nicht mehr möglich, so dass dann ein kostenintensiver Komplettaustausch ei­ ner solchen Heizung erforderlich wird.

Weiter ist es bekannt (DE 199 41 901 A1) als Übertemperatursicherung einen temperaturabhängigen Widerstand in Form eines NTC-Widerstands einzuset­ zen, der Teil eines vom Heizstromkreis unabhängigen Messstromkreises ist.

Zudem ist ein Heizkörper mit Überlastsicherung und Temperaturfühler bekannt (DE 43 44 341 A1), wobei die Überlastsicherung als Schmelzteil ausgebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Sicherung und Regelung einer elektrischen, explosionsgeschützten Heizung der eingangs erläuterten Art vor­ zuschlagen, womit der dort angegebene Komplettaustausch für die Heizung in der Regel vermeidbar ist, und zudem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 sind in einem Heizkörper ein Heizelement und eine in Reihe geschaltete Schmelzsicherung als Übertemperatursicherung mit einer bestimmten Ansprechtemperatur, sowie im Bereich der Schmelzsicherung ein Sicherungs-Temperaturfühler angeordnet, wobei verfahrensgemäß das Heiz­ element mit der in Reihe geschalteten Schmelzsicherung mittels eines Tempe­ raturreglers mit angeschlossenem Umgebungs-Temperaturfühler als Istwert­ geber geregelt wird. Mit dem Sicherungs-Temperaturfühler wird die aktuelle Temperatur der Schmelzsicherung für einen Vergleich mit einer Umschalttem­ peratur ermittelt, wobei die Umschalttemperatur mit einem Sicherheits-Tempe­ raturabstand unterhalb der Ansprechtemperatur der Schmelzsicherung fest­ gelegt wird. Der Temperaturregler arbeitet in einem Temperaturbereich unter­ halb der vorgegebenen und mit dem Sicherungs-Temperaturfühler ermittelba­ ren Umschalttemperatur in üblicher Weise in einem Regelkreis unter Einbezie­ hung des Umgebungs-Temperaturfühlers als Istwertgeber. Der Temperatur­ regler schaltet bei Erreichen und/oder Überschreiten der Umschalttemperatur unter Berücksichtigung der Fühlerwerte des Sicherungs-Temperaturfühlers in einen anderen Regelalgorithmus um, wonach zum Schutz der Schmelzsiche­ rung die Heizleistung des Heizelements abgeregelt wird.

Die Umschalttemperatur ist dabei so zu wählen, dass auch bei ungünstigen Verhältnissen, beispielsweise bei einem möglichen Überschwingen der Tem­ peraturregelung nach dem ersten Regelalgorithmus bei einer initialen Aufheiz­ phase mit noch nicht eingeschwungener Temperatur, die Ansprechtemperatur der Schmelzsicherung aufgrund der Abregelung der Heizleistung des Heizele­ ments sicher nicht erreicht wird.

Damit wird auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen ein Ansprechen und damit eine Zerstörung der eingegossenen Schmelzsicherung verhindert. Die Funktion der Heizung bleibt erhalten, wobei lediglich in der Regel unschäd­ liche, etwas größere Aufheizzeiten auftreten können. Die Funktion der Schmelzsicherung als übergeordnetes Explosionsschutz-Sicherungselement wird durch den zusätzlichen Einsatz des Sicherungs-Temperaturfühlers und der modifizierten Regelung nicht angetastet und bleibt in jedem Fall erhalten, so dass bei besonders extremen Bedingungen durch ein Ansprechen der Schmelzsicherung die Explosionsschutzvorschriften in jedem Fall eingehalten werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren bei allen üblichen Bedingungen ein den Explosionsvorschriften genügen­ der Heizungsbetrieb gewährleistet ist, da ein Ansprechen von vorgeschriebe­ nen Übertemperatursicherungen schon im Vorfeld durch einen Abregelungs­ algorithmus verhindert wird. Kontrollen, wie sie beim Stand der Technik bisher erforderlich sind, ob solche Übertemperatursicherungen angesprochen haben können weitgehend entfallen ebenso wie kostenintensive Austauschaktionen für komplette Heizungen. Die dazu erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maß­ nahmen erfordern demgegenüber nur einen geringen Mehraufwand bei der Herstellung erfindungsgemäßer Heizungen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 2 gelöst.

Gemäß Anspruch 2 ist eine Vorrichtung für eine elektrische, explosionsge­ schützte Heizung, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Instrumenten- Schutzschranks, zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, gekenn­ zeichnet durch einen Heizkörper mit einer Aufnahmeöffnung, ein Heizelement und eine in Reihe geschaltete Schmelzsicherung als Übertemperatursicherung mit einer bestimmten Ansprechtemperatur. Das Heizelement und die Übertem­ peratursicherung sind in die Aufnahmeöffnung eingesetzt und dort vergossen. Das Heizelement mit der in Reihe geschalteten Schmelzsicherung ist über elektrische Anschlussleitungen mit einem Temperaturregler verbunden, an den zudem ein Umgebungs-Temperaturfühler als Istwertgeber angeschlossen ist. Im Bereich der Schmelzsicherung ist ein Sicherungs-Temperaturfühler ange­ ordnet, der mit in die Aufnahmeöffnung eingegossen und mit Anschlussleitun­ gen mit dem Temperaturregler verbunden ist.

Damit wird eine einfache, funktionssichere und kostengünstig herstellbare Vor­ richtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens vorgeschlagen.

Gemäß Anspruch 3 kann die erfindungsgemäße Anordnung bevorzugt in ei­ nem an sich bekannten Heizkörper installiert werden, der als langgestreckter Körper mit einem axialen Aufnahmeraum und radial abstehenden Heizlamellen ausgebildet ist.

Für eine gute Wärmeleitung wird ein solcher Heizkörper nach Anspruch 4 vor­ zugsweise aus Metall hergestellt. Dazu ist es bekannt, den Heizkörper insge­ samt als Gussteil herzustellen oder wie in der DE 38 14 145 C2 beschrieben, die Lamellen separat herzustellen und an einem Basiskörper zu befestigen.

Nach Anspruch 5 kann als Sicherungs-Temperaturfühler ein kostengünstiger NTC-Widerstand verwendet werden.

Für übliche Einsätze ist es ausreichend die Umschalttemperatur in der Regel­ schaltung fest vorzugeben. Eine bessere Anpassung an unterschiedliche Ge­ gebenheiten ist nach Anspruch 6 möglich, wenn die Umschalttemperatur am Temperaturregler einstellbar ist. Auch bei einer solchen einstellbaren Um­ schalttemperatur wird die übergeordnete Sicherheitsfunktion der eingegosse­ nen Schmelzsicherung nicht berührt.

Für übliche Anwendungsfälle können die Regelalgorithmen fest vorgegeben werden. Nach Anspruch 7 ist es für weitere Anpassungen unter Umständen zweckmäßig, den Regelalgorithmus für den Temperaturbereich unter der Um­ schalttemperatur und/oder den Regelalgorithmus für den Bereich über der Um­ schalttemperatur einstellbar zu machen.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung, z. B. zur Innenraumbeheizung eines hier nicht dargestellten Instru­ menten-Schutzschranks. Diese Heizung umfasst einen Heizkörper 2 mit einer Aufnahmeöffnung 3, wobei der Heizkörper 2 als ein langgestreckter Körper mit einem axialen Aufnahmeraum als Aufnahmeraumöffnung sowie mit radial ab­ stehenden Heizlamellen 4 ausgebildet ist.

Der Heizkörper 2 kann beispielsweise aus Metall gegossen sein.

Wie dies der schematischen Darstellung der einzigen Figur weiter entnommen werden kann, umfasst die elektrische, explosionsgeschützte Heizung 1 ferner ein Heizelement 5 und eine in Reihe geschaltete Schmelzsicherung als Über­ temperatursicherung 6 mit einer bestimmten Ansprechtemperatur.

Das Heizelement 5 und die Übertemperatursicherung 6 sind in die Aufnahme­ öffnung 3 eingesetzt und dort mittels einer Vergussmasse 7 vergossen.

Der einzigen Figur kann zudem weiter entnommen werden, dass das Heizele­ ment 5 mit der in Reihe geschalteten Übertemperatursicherung 6 über elektri­ sche Anschlussleitungen 8, 14 mit einem Temperaturregler 9 verbunden ist, an den zudem ein Umgebungs-Temperaturfühler 10 als Istwertgeber angeschlos­ sen ist.

Im Bereich der Übertemperatursicherung 6 ist ferner ein durch einen NTC-Wi­ derstand gebildeter Sicherungs-Temperaturfühler 11 angeordnet und mit in die Aufnahmeöffnung 3 eingegossen, der ebenfalls mit Anschlussleitungen 12, 13 mit dem Temperaturregler 9 verbunden ist.

Mit dem Sicherungs-Temperaturfühler 11 kann die aktuelle Temperatur der Übertemperatursicherung 6 für einen Vergleich mit einer vorgegebenen Um­ schalttemperatur ermittelt werden, wobei die Umschalttemperatur mit einem Sicherheits-Temperaturabstand unterhalb der Ansprechtemperatur der Über­ temperatursicherung 6 festgelegt ist.

Der Temperaturregler 9 arbeitet in einem Temperaturbereich unterhalb der vorgegebenen und mit dem Sicherungs-Temperaturfühler 11 ermittelbaren Umschalttemperatur in üblicher Weise in einem Regelkreis unter Einbeziehung des Umgebungs-Temperaturfühlers 10 als Istwertgeber, wobei der Tempera­ turregler 9 bei Erreichen und/oder Überschreiten der Umschalttemperatur unter Berücksichtigung der Fühlerwerte des Sicherungs-Temperaturfühlers 11 in ei­ nen anderen Regelalgorithmus umschaltet und zum Schutz der Übertempe­ ratursicherung 6 die Heizungsleistung des Heizelements 5 abregelt.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Umschalttemperatur am Tempera­ turregler 9 einstellbar ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Regelalgo­ rithmus für den Temperaturbereich unter der Umschalttemperatur und/oder der Regelalgorithmus für einen Bereich über der Umschalttemperatur am Tempe­ raturregler 9 getrennt einstellbar sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Sicherung und Regelung einer elektrischen, explosionsge­ schützten Heizung, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines In­ strumenten-Schutzschranks,
bei der in einem Heizkörper (2) ein Heizelement (5) und eine in Reihe geschaltete Schmelzsicherung (6) als Übertemperatursicherung mit einer bestimmten Ansprechtemperatur, sowie im Bereich der Schmelzsicherung (6) ein Sicherungs-Temperaturfühler (11) angeord­ net sind, wobei das Heizelement mit der in Reihe geschalteten Schmelzsicherung mittels eines Temperaturreglers (9) mit ange­ schlossenem Umgebungs-Temperaturfühler (10) als Istwertgeber ge­ regelt wird,
mit dem Sicherungs-Temperaturfühler (11) wird die aktuelle Tempera­ tur der Schmelzsicherung (6) für einen Vergleich mit einer Umschalt­ temperatur ermittelt, wobei die Umschalttemperatur mit einem Si­ cherheits-Temperaturabstand unterhalb der Ansprechtemperatur der Schmelzsicherung (6) festgelegt wird,
der Temperaturregler (9) arbeitet in einem Temperaturbereich unter­ halb der vorgegebenen und mit dem Sicherungs-Temperaturfühler (11) ermittelbaren Umschalttemperatur in üblicher Weise in einem Regelkreis unter Einbeziehung des Umgebungs-Temperaturfühlers (10) als Istwertgeber und
der Temperaturregler (9) schaltet bei Erreichen und/oder Überschrei­ ten der Umschalttemperatur unter Berücksichtigung der Fühlerwerte des Sicherungs-Temperaturfühlers (11) in einen anderen Regelalgo­ rithmus um, wonach zum Schutz der Schmelzsicherung (6) die Heiz­ leistung des Heizelements (5) abgeregelt wird.

2. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung, insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Instrumenten-Schutz­ schranks, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch,
einen Heizkörper (2) mit einer Aufnahmeöffnung (3),
ein Heizelement (5) und eine in Reihe geschaltete Schmelzsicherung (6) als Übertemperatursicherung mit einer bestimmten Ansprechtem­ peratur, wobei das Heizelement (5) und die Schmelzsicherung (6) in die Aufnahmeöffnung (3) eingesetzt und dort vergossen sind, und das Heizelement (5) mit der in Reihe geschalteten Schmelzsiche­ rung (6) über elektrische Anschlussleitungen (8, 14) mit einem Tem­ peraturregler (9) verbunden sind, an den zudem ein Umgebungs- Temperaturfühler (10) als Istwertgeber angeschlossen ist, und
einen im Bereich der Schmelzsicherung (6) angeordneten Sicherungs- Temperaturfühler (11) der mit in die Aufnahmeöffnung (3) eingegos­ sen und mit Anschlussleitungen (12, 13) mit dem Temperaturregler (9) verbunden ist.

3. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (2) ein langge­ streckter Körper mit einem axialen Aufnahmeraum (3) und radial abste­ henden Heizlamellen (4) ist.

4. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung nach An­ spruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (2) aus Metall gegossen ist.

5. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung nach ei­ nem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Siche­ rungs-Temperaturfühler (11) ein NTC-Widerstand ist.

6. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung nach ei­ nem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Um­ schalttemperatur am Temperaturregler (9) einstellbar ist.

7. Vorrichtung für eine elektrische, explosionsgeschützte Heizung nach ei­ nem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelal­ gorithmus für den Temperaturbereich unter der Umschalttemperatur und/oder der Regelalgorithmus für den Bereich über der Umschalttem­ peratur am Temperaturregler (9) getrennt einstellbar sind.