DE19952279A1 - Heizdecke - Google Patents

Abstract

Eine flache Heizvorrichtung, beispielsweise eine Heizdecke, umfaßt Widerstandsheizleitungen (5, 7), Anschlußleitungen (1, 2), welche mit mindestens einem Teil der Heizleitungen (5, 7) verbunden sind, und Verbindungsleitungen (3, 4), welche die nicht mit den Anschlußleitungen (1, 2) verbundenen Enden der Heizleitungen (5, 7) zur Herstellung eines Stromkreises verbinden. Die Anschlußleitung (1, 2), die Heizleitungen (5, 7) und gegebenenfalls die Verbindungsleitungen (3, 4) sind mindestens teilweise jeweils etwa parallel zueinander mit entgegengesetzten Stromrichtungen angeordnet. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen flachen Heizvorrichtung beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf flache elektrische Heizvor­ richtungen wie Heizdecken, Heizkissen oder thermotherapeuti­ sche Vorrichtungen zum Auflegen auf den menschlichen Körper mit Widerstandsheizleitungen, welche mit mindestens einem Teil der Heizleitungen verbunden sind, und Verbindungsleitun­ gen, welche die nicht mit den Anschlußleitungen verbundenen Enden der Heizleitungen zur Herstellung eines Stromkreises verbinden. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfah­ ren zur Herstellung derartiger Heizdecken.

Die Anschlußleitungen derartiger Heizvorrichtungen werden mit den beiden Polen einer elektrischen Stromquelle verbunden und erzeugen einen Stromfluß durch die Widerstandsheizleitungen, wodurch die elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird. Die Verbindungsleitungen dienen zur Herstellung eines geschlosse­ nen Stromkreises, so daß alle Heizleitungen im Betrieb gleichmäßig stromdurchflossen sind. Sie können auch selbst als Widerstandsheizleitungen ausgelegt sein. Mindestens der außerhalb der Heizvorrichtung verlaufende Teil der Anschluß­ leitungen ist widerstandsarm ausgeführt und erwärmt sich da her nicht, so daß die Erwärmung auf die Heizvorrichtung be­ schränkt bleibt. Derartige Heizvorrichtungen werden bei­ spielsweise zu therapeutischen Zwecken und im häuslichen Be­ reich verwendet.

Der Stromfluß durch die Leitungen ruft ein magnetisches Feld hervor und induziert elektromagnetische Strahlung außerhalb der Heizvorrichtung. Dieses als "Elektrosmog" bekannte Phäno­ men ist möglicherweise gesundheitsschädlich. Diese Gefahr ist bei Heizdecken besonders groß, da hier einerseits hohe Strom­ flüsse auftreten und die Feldstärke und damit die schädigende Wirkung des Magnetfelds bzw. der elektromagnetischen Strah­ lung mit der Stromstärke zunehmen. Andererseits hängt die Feldstärke des Elektrosmogs stark vom Abstand der Quelle zum menschlichen Körper ab, was bei Heizdecken, die unmittelbar auf dem menschlichen Körper aufliegen, offensichtlich beson­ ders kritisch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Reduzierung von Elektrosmog bei der Verwendung von elektrischen Heizvor­ richtungen wie z. B. Heizdecken.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Anschluß­ leitungen, die Heizleitungen und gegebenenfalls die Verbin­ dungsleitungen mindestens teilweise jeweils parallel und in gleichem Abstand zueinander mit entgegengesetzten Stromrich­ tungen angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Heizvorrichtungen umfaßt die im Anspruch 10 genannten Schritte.

Die Erfindung macht sich zunutze, daß sich die magnetischen und elektromagnetischen Felder zweier paralleler Leiter mit entgegengesetzten Stromrichtungen in Entfernungen, die größer sind als der Abstand der Leiter, fast vollständig kompensie­ ren. Die Anordnung zum Beispiel der Heizleitungen "mit entge­ gengesetzten Stromrichtungen" bezieht sich dabei nicht not­ wendigerweise auf jeweils benachbarte Heizleiter, sondern ist auf die Gesamtheit der Heizleitungen bezogen; insgesamt fließt daher genausoviel Strom in die eine wie in die andere Richtung durch die Heizleiter. Die kompensatorische Anordnung der Anschlußleitungen bezieht sich vorwiegend auf den inner­ halb der Heizvorrichtung verlaufenden und daher in unmittel­ barer Nähe zum menschlichen Körper verlaufenden Teil; der au­ ßerhalb der Heizvorrichtung verlaufende Teil der Anschluß­ drähte kann gegebenenfalls vom menschlichen Körper weggeführt werden und ist dann weniger schädlich. Die Verbindungsleitun­ gen sind nur insoweit parallel zueinander mit entgegengesetz­ ten Stromrichtungen anzuordnen, wie dies ihrer Funktion ent­ sprechend sinnvoll ist. Es sind also auch Ausführungen um­ faßt, bei denen die Verbindungsleitungen teilweise nur einadrig verlaufen und nicht durch in Gegenrichtung fließende Ströme kompensiert werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der die Heiz­ leitungen mindestens teilweise etwa in derselben Ebene und die Anschlußleitungen und/oder die Verbindungsleitungen am Rand der Heizdecke übereinander mit jeweils entgegengesetzten Stromrichtungen angeordnet sind. Die Anordnung der Leitungen übereinander (d. h. senkrecht zur Hauptebene der flachen Heiz­ vorrichtung, vorzugsweise mit einer Isolierung zwischen den beiden übereinander liegenden Leitungsebenen) sorgt für einen möglichst geringen Abstand voneinander, so daß eine gute Kom­ pensation wiederum in geringer Entfernung von den Leitungen erzielt wird. Diese Anordnung ist auch platzsparend im Hin­ blick auf die Fläche der Heizdecke selbst, da der von den An­ schlußleitungen und den Verbindungsleitungen belegte Teil der Fläche minimiert wird. Bei dieser Anordnung ist zweckmäßiger­ weise eine Isolierung zwischen den Anschlußleitungen und zwi­ schen übereinanderliegenden Verbindungsleitungen mit unter­ schiedlichen elektrischen Potentialen vorzusehen. Die flächi­ ge Anordnung ist besonders günstig im Hinblick auf eine opti­ male Kompensation der Felder und verringert die Dicke der Heizvorrichtung, was zu Materialersparnis und aufgrund des verringerten Gewichts zu bequemerer Nutzung führt.

Zweckmäßigerweise sind die Heizleitungen in konstantem Ab­ stand voneinander angeordnet, wobei die Stromrichtung von ei­ ner Heizleitung zur nächsten jeweils alterniert. Dadurch wird für jede einzelne Heizleitung der Abstand zu einer Heizlei­ tung mit entgegengesetzter Stromrichtung möglichst gering ge­ halten, wodurch bewirkt wird, daß die Kompensation in ge­ ringstmöglichem Abstand von den Heizleitungen auftritt. Vor­ zugsweise ist der Abstand der Heizleitungen voneinander ge­ ringer bemessen als die halbe Dicke der Heizdecke, wodurch bereits an der Außenseite der Heizvorrichtung eine hohe Kom­ pensation der magnetischen und elektromagnetischen Felder er­ reicht wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Heiz­ leitungen jeweils einer Stromrichtung blockweise oder in ih­ rer Gesamtheit parallel geschaltet. Dadurch kann im Vergleich zu einer Serienschaltung bei gleicher Spannung, z. B. 220 V, die gleiche Heizleistung mit deutlich geringeren Stromstärken bewirkt werden, wodurch die Stärke der austretenden Felder nochmals stark reduziert wird. Dies ist besonders am Rand der Heizdecke von Vorteil, wo keine vollständige Kompensation er­ zielt werden kann, weiterhin im Hinblick auf nicht vollstän­ dig kompensierte Teilabschnitte der Verbindungsleitungen und Anschlußleitungen. An denjenigen Teilabschnitten der An­ schluß- und Verbindungsleitungen, an welchen gegebenenfalls höhere Ströme fließen als in den Heizleitungen, werden vor­ teilhafterweise widerstandsarme Leitungen verwendet, damit es nicht zu einer lokalen Überhitzung mit der Gefahr von Schäden kommt. Die Parallelschaltung von Heizleitungen ist auch in Hinsicht auf einen möglichen Defekt einer einzelnen Heizlei­ tung von Vorteil. Während bei einer Serienschaltung sämtliche Heizleitungen in Serie mit der defekten Heizleitung ausfal­ len, trifft dies bei einer Parallelschaltung nur auf die de­ fekte Heizleitung selbst zu.

Die Anschluß- und/oder Verbindungsleitungen bestehen vorteil­ hafterweise mindestens teilweise aus einer Vielzahl von zu­ einander jeweils parallel angeordneten Leitungen. Auch hier gilt das oben zur Parallelschaltung ausgeführte hinsichtlich möglicherweise auftretender Defekte entsprechend. Auch wird der Kontakt der Heizleitungen zu den Anschluß und Verbin­ dungsleitungen verbessert, da jedes Heizleitungsende mit ei­ ner Vielzahl von Leitungen verbunden (vorzugsweise verfloch­ ten) ist, so daß ein schlechter Kontakt mit einzelnen Leitun­ gen nicht zu einer Beeinträchtigung führt. Auch hier wird der gesamte Stromfluß durch die Parallelschaltung auf eine gewis­ se Fläche verteilt, was zur Vermeidung lokaler Überhitzungen beiträgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Ausfüh­ rungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 das Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Heizvor­ richtung;

Fig. 2 den Ausschnitt A aus Fig. 1;

Fig. 3 den Ausschnitt B aus Fig. 1;

Fig. 4 den Ausschnitt C aus Fig. 1;

Fig 5 die schematische Zeichnung einer äquivalenten Schal­ tung; und

Fig. 6 das Schaltbild einer weiteren Ausführung einer erfin­ dungsgemäßen Heizvorrichtung.

Der innerhalb der Heizdecke befindliche Teil der Anschlußlei­ tungen 1,2 wird mit Hilfe externer Anschlüsse 1', 2' an die beiden Pole einer elektrischen Stromquelle angeschlossen. Die als durchgezogene Linien dargestellten Heizleitungen 5 sind mit den Anschlußleitungen 1, die als strichpunktierte Linien dargestellten Heizleitungen 7 mit den Anschlußleitungen 2 verbunden. Die nicht mit den Anschlußleitungen 1, 2 verbunde­ nen Enden der Heizleitungen sind mit Verbindungsleitungen 3, 4 verbunden. Die Verbindungsleitungen 3, 4 sind miteinander über eine Brücke 19 verbunden.

Die Anschlußleitungen 1, 2 sind parallel zueinander angeord­ net, ebenso die Verbindungsleitungen 3, 4. Die Anschlußlei­ tungen 1, 2 und die Verbindungsleitungen 3, 4 bestehen je­ weils aus einer Vielzahl von zueinander jeweils parallelen Leitungen 11, 12, 13, 13. Die Heizleitungen 5, 7 sind jeweils parallel und in gleichem Abstand voneinander alternierend in derselben Ebene angeordnet. Der Abstand der Heizleitungen voneinander beträgt 2-20 mm. Die Enden der Heizleitungen sind zur Kontaktierung jeweils mit den Anschluß bzw. Verbindungs­ leitungen 11, 12, 13, 14 verbunden, vorzugsweise verflochten. Der Strom fließt also beispielsweise vom Anschluß 1' in die Anschlußleitungen 1, von dort durch die Heizleitungen 5 zur Verbindungsleitung 3 und über die Brücke 19 in die Verbin­ dungsleitung 4, von dort durch die Heizleitungen 7 zur An­ schlußleitung 2 und zum Anschluß 2'. Die Anschlußleitungen 1, 2 und die Verbindungsleitungen 3, 4, 19 sind widerstandsarm, so daß die gesamte Heizleistung in den Heizleitungen 5, 7 er­ zeugt wird.

Aufgrund der jeweils parallelen Anordnung und der entgegenge­ setzten Stromrichtungen der Anschlußleitungen 1, 2, der Ver­ bindungsleitungen 3, 4 und der Heizleitungen 5, 7 wird eine weitgehende Kompensation der magnetischen und elektromagneti­ schen Felder, welche durch die hindurchfließenden Ströme er­ zeugt werden, erzielt. Die Felder, welche durch die durch die Heizleiter fließenden Ströme erzeugt werden, sind in Entfer­ nungen bereits größtenteils abgeklungen, welche größer sind als der Abstand zweier benachbarter Heizleitungen 5, 7. Die Anschlußleitungen 1 und 2 sowie die Verbindungsleitungen 3 und 4 sind jeweils paarweise übereinanderliegend angeordnet, so daß die Felder, welche durch die durch sie fließenden Ströme erzeugt werden, in Entfernungen, welche größer sind als der Abstand der Anschlußleitungen 1, 2 bzw. der Verbin­ dungsleitungen 3, 4 voneinander, zum großen Teil abgeklungen sind. Mindestens zwischen den Anschlußleitungen 1, 2 ist eine Isolierung wie beispielsweise ein Isolierstreifen 9 vorgese­ hen, ein weiterer Isolierstreifen 9' kann zwischen den Ver­ bindungsleitungen 3, 4 angeordnet sein.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind sämtliche Heizleitungen 5 und ebenfalls sämtliche Heizleitungen 7 je­ weils zueinander parallel geschaltet. Dies führt dazu, daß bei einer Zahl von n Paaren von Heizleitern 5, 7 jeweils nur der n-te Teil der gesamten Stromstärke in den Heizleitern 5, 7 auftritt. Im Vergleich zu einer Serienschaltung wird damit der Stromfluß in den Heizleitern um den Faktor n reduziert. Dies insbesondere für die jeweils obersten bzw. untersten Heizleiter der in den Fig. 1 und 6 gezeigten Anordnungen von Bedeutung, da die durch sie fließenden Ströme aufgrund von Randeffekten nur unvollständig kompensiert werden.

In den gezeigten Anordnungen fließt der gesamte Strom über Brücke 19. Sie stellt einen nicht kompensierten Teil der Ver­ bindungsleitungen dar, da ihre Funktion, nämlich die Schlie­ ßung des Stromkreises, es nicht in einfacher Weise erlaubt, einen entgegengesetzten Stromfluß gleicher Stärke parallel zur Brücke 19 anzuordnen. Die Brücke 19 kann auch in geeigne­ ter Weise an anderer Stelle der Schaltung 29 angeordnet sein. Es können auch mehrere Brücken 19 an unterschiedlichen Stel­ len zwischen den Verbindungsleitungen 3, 4 angeordnet sein, um die lokale Stromstärke zu begrenzen. An Stelle einer Ver­ bindung der Verbindungsleitungen 3 und 4 durch eine Brücke 19 können diese auch per zusätzlichen Anschlußleitungen 3', 4' an die elektrische Stromquelle angeschlossen sein, wobei in den gezeigten Anordnungen jeweils die Anschlußleitungen 1' und 4' sowie 2' und 3' mit demselben Pol der Stromquelle zu verbinden wären. In einer weiteren Ausführungsform könnte die Verbindungsleitung 3 innerhalb der Heizdecke mit der An­ schlußleitung 2 und die Verbindungsleitung 4 mit der An­ schlußleitung 1 verbunden sein. Die beiden letztgenannten Ausführungsformen zeichnen sich durch eine weiteren Reduzie­ rung der Stromstärke der durch die Heizleitung fließenden Ströme um den Faktor 2 aus.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Heizlei­ tungen 5, 7 in vier übereinander angeordneten Blöcken jeweils parallel geschaltet, wobei die Blöcke hintereinander in Serie geschaltet sind. Diese Ausführung verbindet eine immer noch nennenswerte Reduzierung der Stromstärke in den Heizleitern mit größeren Gestaltungsmöglichkeiten im Vergleich zur Anord­ nung aus Fig. 1. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung ist die Isolierung 9' zwischen den Verbindungsleitungen notwen­ dig; bei einer Verbindung zwischen allen Verbindungsleitungen 3 und 4 würden in den unteren drei Blöcken keine Heizströme fließen, während im obersten Block vierfach stärkere Heiz­ ströme als im Normalbetrieb fließen würden.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Heizlei­ tungen 5, 7 ebenfalls jeweils blockweise parallel geschaltet, jedoch sind die Heizleitungen 5, 7 nicht jeweils alternierend angeordnet. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und kostengünstig, da aufgrund der separat angeordneten Anschluß- und Verbindungsleitungen auf eine zusätzliche Isolierung ver­ zichtet werden kann.

Claims (10)

1. Flache Heizvorrichtung mit Widerstandsheizleitungen, An­ schlußleitungen, welche mit mindestens einem Teil der Heizleitungen verbunden sind, und Verbindungsleitungen, welche die nicht mit den Anschlußleitungen verbundenen Enden der Heizleitungen zur Herstellung eines Stromkrei­ ses verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß­ leitungen (1, 2), die Heizleitungen (5, 7) und gegebenen­ falls die Verbindungsleitungen (3, 4) mindestens teilwei­ se jeweils etwa parallel zueinander mit entgegengesetzten Stromrichtungen angeordnet sind.

2. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleitungen (5, 7) mindestens teilweise etwa in derselben Ebene angeordnet sind.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußleitungen und/oder die Verbin­ dungsleitungen (1, 2, 3, 4) mindestens teilweise am Rand der Heizvorrichtung übereinander angeordnet sind.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtung zwischen den Heizleitungen (5, 7) jeweils alterniert.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizleitungen (5, 7) in konstantem Ab­ stand voneinander angeordnet sind.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Heizleitungen (5, 7) voneinander ge­ ringer als die halbe Dicke der Heizvorrichtung ist.

7. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Heizleitungen (5, 7) jeweils einer Stromrichtung blockweise oder in ihrer Gesamtheit paral­ lel geschaltet sind.

8. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß und/oder die Verbin­ dungsleitungen (1, 2, 3, 4) mindestens teilweise aus ei­ ner Vielzahl von untereinander jeweils parallel angeord­ neten Leitungen (11, 12, 13, 14) bestehen.

9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Isoliermaterial (9, 9') mindestens zwischen den Anschlußleitungen (1, 2) und gegebenenfalls zwischen benachbarten Verbindungsleitungen (3, 4) mit un­ terschiedlichem elektrischen Potential vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer flachen Heizvorrichtung, welches die folgenden Schritte umfaßt:

• - die Bereitstellung mindestens einer isolierenden Komponente (9) und gegebenenfalls einer weiteren, parallel dazu orientierten isolierenden Komponen­ te (9');
• - die Anordnung von aus einer Vielzahl von Leitungen (11, 12) gebildeten Anschlußleitungen (1, 2) an ge­ genüberliegenden Seiten der ersten isolierenden Komponente (9) und von aus einer Vielzahl von Lei­ tungen (13, 14) gebildeten Verbindungsleitungen (3, 4), gegebenenfalls an gegenüberliegenden Seiten ei­ ner zweiten isolierenden Komponente (9'), jeweils etwa parallel zueinander;
• - die Verbindung, vorzugsweise Verflechtung der Enden der parallel und mit etwa konstantem Abstand zuein­ ander in derselben Ebene angeordneten Heizleitungen (5, 7) jeweils alternierend mit den Leitungen (11, 12) der ober- und unterhalb der Isolation angeord­ neten Anschlußleitungen (1, 2) einerseits und den Leitungen (13, 14) der Verbindungsleitungen (3, 4) andererseits; und
• - die Abtrennung der über die Anschluß- und Verbin­ dungsleitungen (1, 2, 3, 4) überstehenden Enden der Heizleitungen (5, 7) und deren leitende Verbindung mit den Anschluß- und Verbindungsleitungen (1, 2, 3, 4).