DE10132514C2 - Sicherheitsschaltung gegen Überhitzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Eine lokale Überhitzung kann in der näheren Umgebung der Heizeinrichtung ap­ parative Schäden bis zu katastrophalen Folgen hervorrufen. Zu denken ist etwa an eine Beschädigung der Glaskeramikplatte über dem elektrischen Strahlungsheiz­ körper einer Küchenherd-Kochmulde bis hin zum Ausbruch einer Feuersbrunst aufgrund eines Hitzestaus hinter vorschriftswidrig abgedeckten Lüftungsschlitzen der Heizung eines Tunnelfahrzeugs.

Die für den Hauptanspruch gattungsbildende Sicherheitsschaltung ist aus der GB 2 336 481 A als Serienschaltung eines Relais (nämlich dessen Erregerspule) mit einem PTC-Widerstand bekannt, der thermisch an eine Heizeinrichtung gekoppelt ist, welche über einen Arbeitskontakt des Relais einschaltbar ist. Wenn infolge kritischer Erwärmung des PTC-Widerstandes die Reihenschaltung so hochohmig wird, dass der Strom durch die Relaiswicklung einen betriebskritischen Wert un­ terschreitet, fällt das Relais und damit auch sein Arbeitskontakt ab, d. h. der Last- oder Betriebskreis über die Heizeinrichtung wird geöffnet und die Heizeinrichtung kühlt ab. Da über den nun geöffneten Arbeitskontakt auch der Stromfluss durch den PTC-Widerstand der Serienschaltung unterbrochen ist, kann der rasch abküh­ len und die Heizschaltung danach mittels kurzzeitiger Überbrückung des Arbeits­ kontaktes wieder in Betrieb gesetzt werden. Wenn dagegen eine automatische Wiederinbetriebnahme nach Abkühlung der Heizeinrichtung gewünscht wird, ist die Serienschaltung nicht hinter sondern vor dem Arbeitskontakt ans Netz anzu­ schließen, um das Relais infolge anwachsenden Erregerstromes wieder anziehen zu lassen, sobald der PTC-Widerstand sich hinreichend abgekühlt hat. Allerdings besteht in der Praxis die Gefahr, dass infolge der Eigenerwärmung aufgrund des ständigen Stromflusses über den PTC-Widerstand dessen hinreichende Abküh­ lung gar nicht oder unzumutbar spät erfolgt, was die selbsttätige Wiederinbetrieb­ nahme unterbindet. Solch eine Selbsthaltung im abgeschalteten Zustand wird nach der EP 0 829 939 A2 sogar erzwungen, indem mittels einer Transistorschaltstre­ cke ein Überbrückungswiderstand für anhaltenden Stromfluss durch den PTC- Widerstand der Relaisspule parallel geschaltet wird, sobald aufgrund der Erwär­ mung des PTC-Widerstandes daran erst einmal ein hinreichender Spannungsabfall für das Durchschalten der Transistorschaltstrecke aufgetreten ist.

Auch die aus der FR 2 440 027 A bekannte Thermostatschaltung weist eine Se­ rienschaltung aus PTC-Widerstand und Relais (nämlich dessen Erregerspule) bei einem Relais-Arbeitskontakt im Heizstromkreis auf - nun aber mit der Besonder­ heit, dass eine zusätzliche Temperaturerfassung über einen NTC-Widerstand zum Verschieben des manuell vorgebbaren Eingangspotentials an einer Vergleicher­ schaltung vorgesehen ist. Die wird über einen Gleichrichter aus dem Netz betrie­ ben wird und steuert eine Transistorschaltstrecke vor dem PTC-Widerstand um.

Für die Heizungssteuerung und Überhitzungsüberwachung ist es allerdings in der Regel unerwünscht, dass die auf einer Serienschaltung von Relais und PTC- Widerstand beruhende Selbsthaltecharakteristik ein automatisches Wiederein­ schalten der Heizeinrichtung nach dem Abkühlen verhindert.

Deshalb liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine Si­ cherheitsschaltung zu schaffen, die einerseits so zuverlässig und andererseits so wenig aufwendig ist, dass sie sicheren Schutz gewährleistet und breite Akzeptanz findet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Sicherheitsschaltung gelöst, bei der die im Patentanspruch 1 genannten wesentlichen Merkmale verwirklicht sind. Danach ist ein elektrisches Bauelement mit ausgeprägtem positivem Koeffizienten seines temperaturabhängigen Widerstandswertes in überhitzungskritischer Umge­ bung, also in thermischem Kontakt zum Heizelement angeordnet. Dieses Bauele­ ment ist derart mit der Erregerspule eines Relais verschaltet, dass dessen im elekt­ rischen Betriebskreis für die Heizeinrichtung liegender Kontakt diesen Betriebs­ kreis öffnet, wenn und solange das Bauelement infolge kritischer Erwärmung ei­ nen hohen Widerstandswert annimmt. Bei dem Betriebskreis kann es sich unmit­ telbar um den Stromkreis eines elektrothermischen Heizelementes wie eines Wi­ derstands-Glühdrahtes oder einer Strahlungsfolie handeln, aber auch um den Stromkreis eines funktionswesentlichen Hilfsaggregates für die Heizeinrichtung wie des Brenners in einer Heizanlage mit fossilen Brennstoffen.

Hinsichtlich zusätzlicher Einzelheiten, Varianten und Vorteile der Erfindung wird außer auf die Unteransprüche auch auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung als Blockschaltbild skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. Die Zeichnung zeigt:

die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung mit einem temperaturabhängi­ gen Bauelement im Parallelschluß zu einem Relais im Betriebskreis für die Heizeinrichtung.

Die in der Zeichnung skizzierten Realisierungsbeispiele für die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung 11 beziehen sich auf ein aus dem Netz 12 über einen Schal­ ter 13 betriebenes elektrothermisches Heizelement 14, in dessen Betriebskreis 15 eine unter normalen Betriebsbedingungen geschlossene Schaltkontaktstrecke 16 eines Relais 17 liegt. Dessen Erregerspule 20 wird aus dem Netz 12 über einen Graetz-Gleichrichter 18 mit Abschwächer 19 in Form eines kapazitiven Vorwi­ derstandes zum Reduzieren der Erregerspannung gespeist. Zu dessen Kondensator liegt ein ohmscher Widerstand zum Begrenzen des kapazitiven Einschaltstrom­ stoßes in Serie. Mit der Erregerspule 20 des Relais 17 im Gleichstromkreis 22 verschaltet ist als temperaturabhängiges Bauelement 21 ein PTC-Widerstand, der in thermischem Kontakt 24 zur Heizeinrichtung 14 montiert ist, was in der Zeich­ nung durch eine gestrichelte Verbindung symbolisiert ist. Bei unkritischen Umge­ bungstemperaturen weist das Bauelement 21 einen niedrigen Widerstandswert auf. Wenn aber eine bestimmte, durch das Ansprechverhalten des ausgewählten Bauelementes 21 vorgegebene Temperatur (je nach den Umgebungsverhältnissen eine bloße Schalttemperatur oder gar eine sicherheitsrelevante Grenztemperatur) herrscht, dann führt der Temperaturanstieg auf jenen Temperaturwert zu einem derart überproportionalen Anwachsen des Widerstandswertes, verglichen mit dem proportionalen Widerstandsverhalten eines ohmschen Widerstandes, dass das Bauelement 21 praktisch schlagartig hochohmig wird.

Es liegt das temperaturabhängige Bauelement 21 parallel zur Erregerspule 20 des Relais 17. Bei niedriger Umgebungstemperatur ist deshalb der Gleichstromkreis 22 nach der Kirchhoffschen Regel im wesentlichen über dieses dann niederohmi­ ge Bauelement 21 geschlossen ist. Der Parallelstrom über die Relais-Erregerspule 20 ist dagegen so gering, dass die von seiner Durchflutung hervorgerufene elekt­ romagnetische Kraft noch nicht zum Anziehen des Relais-Ankers ausreicht, so dass ein im Betriebskreis 15 gelegener Ruhekontakt 16 geschlossen und die Heiz­ einrichtung 14 deshalb im normalen Betriebszustand ist.

Bei kritischer Erwärmung steigt der Innenwiderstand des Bauelementes 21 fast schlagartig steil an. Dadurch führt dann der über die Erregerspule 20 verlaufende Pfad des Gleichstromkreises 22 den größeren Strom, der nun zum Anziehen des Relaisankers mit Öffnen des Ruhekontaktes 16 ausreicht und somit den Betriebs­ kreis 15 für die Heizeinrichtung 14 unterbricht. Deren Umgebung kann jetzt wie­ der abkühlen, bis der Widerstandswert des PTC-Bauelementes 21 bei der ur­ sprünglichen Umgebungstemperatur wieder seinen niederen Widerstandswert annimmt und damit die Erregerspule 20 so weitgehend überbrückt, dass der in ihr noch fließende Reststrom den Relaisanker wieder abfallen und damit den Ruhe­ kontakt 16 wieder schließen lässt, den Betriebskreis 15 für die Heizeinrichtung 14 also wieder einschaltet.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung 11 bewirkt also bei Erreichen einer vorgegebenen, insbesondere einer sicherheitskritischen lokalen Erwärmung das Abschalten einer Heizeinrichtung 14, bis die Umgebungstemperatur auf einen unkritischen Wert abgesunken ist, womit die Heizeinrichtung 14 dann wieder in Betrieb gesetzt wird. Vorzugsweise ist für diese Funktionsfolge ein elektrisches Bauelement 21 mit ausgeprägtem, überproportionalem positivem Temperaturkoef­ fizienten PTC seines Innenwiderstandes der Erregerspule 20 eines Relais 17 paral­ lel geschaltet, um bei hoher Umgebungstemperatur infolge steil ansteigenden Shunt-Widerstandes das Relais 17 anziehen und seinen Ruhekontakt 16 im Hei­ zungs-Betriebskreis 15 öffnen zu lassen.

Claims (2)

1. Sicherheitsschaltung (11) gegen kritische Erwärmung der Umgebung einer Heizeinrichtung (14), die in thermischem Kontakt (24) zu einem elektri­ schen Widerstand (21) mit ausgeprägtem positivem Temperaturkoeffizien­ ten (PTC) angeordnet ist und in deren Betriebs-Stromkreis (15) ein Kontakt (16) eines Relais (17) liegt, der im hochohmigen Zustand des PTC- Widerstandes (21) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Widerstand (21) dem Relais (17) parallel geschaltet ist.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (17) im Gleichstromkreis (22) eines Gleichrichters (18) liegt, der über einen Abschwächer (19) an das Versorgungsnetz (12) ge­ schaltet ist.