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Elektrisch erwärmte Bettdecke.
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Die Erfindung betrifft eine elektrisoh erwärmte Bettdecke mit einem
Heizelement, Solche Bettdecken sollen die nachfolge den Anforderungen erfullen:
Die temperatur unter der Bettdecke soll konstant gehalten werden, unabhängig von
der Zimmertemperatur. Die Bettdecke soll vor Uberhitzung infolge Kurzschlüsse der
mit der Bettdecke gekoppelten Regelapparatur wie Transformatoren, Triacs, Thermostaten
und dgl: geschützt sein. Die Bettdecke soll vor örtlich zu hohen Temperaturen gesichert
werden, die beim Falten der Bettdecke oder beim Einschieben des Randes der Bettdeoke
auftreten können.
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Damit die Bettdecke schnell die erwünschte Temperatur annehmen kann,
sind Transformatoren mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen verwendet worden, wobei
weiterhin ein Sohalter benutzt wird, um das Heizelement in Reihenfolge mit den unterschiedlichen
Abgriffen der Sekundärwicklung des Transformators zu verbinden. Es wird auf diese
Weise anfangs eine verhältnismässig hohe Leistung an die elektrisch heizbare Bettdecke
zugeführt, welche Leistung, nachdem die erwünschte Temperatur erreicht ist, auf
etwa die Tslalfte herabgemindert wird, so lass die erwünschte Temperatur aufrechterhalten
wird0 Auf diese Weise wird nur die Anforderung erfüllt, dass die erwünschte Temperatur
er Bettdecke schnell erreichbar sein soll: die ubrigen Anforderungen werden jedoch
nicht erfüllt.
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Zum Konstanthalten der Temperatur unter der Bettdecke unab@ängig
von der Zimmertemperatur sind Thermostaten verwendet worden, die die der Bettiecke
zugeführte Leistung in Abhangigkeit von der Zimmertem@eratur regeln Eine solche
Thermostatreglung ermöglicht nicht in zufriedenstellender Weise, die Bettdecke schnell
die erwünschte
Temperatur annehmen zu lassen, während ebensowenig
die Anforderung der Sicherung vor Kurzsohluss oder vor örtlich zu hohen Temperaturen
erfüllt wird. Eine solche Thermostatreglung ermöglicht auch nicht, die Temperatur
unter der Bettdecke konstant zu halten, da diese Temperatur nicht nur von der Zimmertemperatur
sondern auch von der Weise der Anordnung der Bettdecke abhängt.
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Ferner sind elektrisch erwärmte Bettdecken bekannt, bei denen mittels
eines temperaturempfindlichen Elementes die Temperatur der Bettdecke an sich gemessen
und die der Bettdeoke zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur
geregelt wird* Diese Reglung ermöglicht, die erwünschte Temperatur der Bettdecke
schnell zu erreichen, die Temperatur unabh"anglg von der Zimmertemperatur konstant
zu halten und ausserdem eine Sicherung vor Uberhitzung infolge Kurzschluss der RegelaEparatur
und vor ortlich zu hohen Temperaturen an den Faltstellen der Bettdecke zu erzielen.
Diese Bettdecke hat jedoch den Nachteil, dass ausser dem Heizelement ein temperaturempfindliches
Element in der Decke eingewoben werden soll, so dass der Aufwand an Arbeitsvorgängen
und Kosten bedeutend hoher ist.
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Die Erfindung schafft eine Bettdecke, die nach dem inschalten schnell
die erwünschte Temperatur erreicht, bei der die Temperatur unter der Bettdecke konstant
gehalten wird in Unabhängig~ keit von der Zim ertemperatur und die vor Uberhitsung
infolge eines Kurzschlusses irgendwelcher Regelapparatur und auch vor örtlich zu
hohen Temperaturen an den Faltstellen der Retideske gesi@hert ist und sie b@steht
darin, dass bei einer elektrisch erwärmten Bettdecke eingangs erwähnter Art das
Heizelement @iderstandsmaterial enthält, dessen Widerstandswert mit der Temperatur
zunimmt.
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Beim Einschalten ist die Temperatur des Hezelementes in der Bettdecke
niadri@g, so dass @er Widerstand niedrig und die zugeführte Leistung hoch ist. Die
Temperatur nimmt dahn allmählich zu,
so dass er Widerstand zunimmt
und die zugeführte Leistung abnimmt bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist,
in dem die abgeführte Wärme gleich der der Bettdecke zugeführten, elektrischen Leistung
isto Auf diese deise wird erreicht, dass anfangs eine hohe Leistung der Bettdecke
zugefuhrt wird, die allmählich abnimmt bis die erwünschte Temperatur erreicht ist.
Dies erfolgt vollkommen automatisch, ohne Bedarf an verwickelten Temperaturegelvorrichtungen.
Da der Widerstandswert des Widerstandsmaterials mit der Temperatur zunimmt, ist
das Heizelement selbsteinstellend. Die elektrisch heizbare Bettdeoke nach der erfindung
kann aus einer elektrisch heizbaren Matraze, einem Kissen, einem Schlafsack oder
dgl. bestehen, und das erfindungst gemass verwendete Heizelement lasst sich gleichfalls
in Reizgeraten anderer Art verwenden.
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Ferner wird die Temperatur unter der Bettdecke nach der Erfindung
unabh"angig von der Zimmertemperatur geregelt, da z.3.
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bei abnehmender Zimmertemperatur die Temperatur des Heizelementes
auch etwas abnimmt, wodurch der Widerstandswert geringer und somit die zugeführte
Leistung hoher wird, wobei der infolge der herabsinkenden Zimmertemperatur vergrösserte
W*armeverlust ausgeglichen wird.
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Bei zunehmender Zimmertemperatur nimmt auch die Temperatur des Reizelementes
zu, wodurch dessen Widerstandswert zunimmt und die zugeführte Leistung abnimmt,
so dass die infolge der Zunahme der Zimmertemperatur auftretende Verringerung des
Wärmeverlustes ausgeglichen wird.
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Bei elektrisch heizbaren Bettdecken werden Transformatoren oder Triac-Reglungen
verwendet, um die der Bettdeoke zugeführte Leistung an den elektrischen Widerstand
der Decke anzupassen0 Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Primar- und
Sekundärwicklung dns Transformators oder eines Durchschlags des Anode-Kathodekreises
@ T@ acs ird ie Decke unmittelbar mit der Netzspannung verbunden,
:O
dass die zugeführte Leistung unzulässig hoch wird, während sehr hohe Temperaturen
sogar Brandgefahr mit sich bringen kennen.
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Selbstverständlich kann bei den bekannten, elektrisch heizbaren Bettdecken
der Kurzschluss zwischen der Primär- und der wicklung des Transformators durch eine
@ gute Isolierung zwischen den beiden Wicklungen verhütet werden, aber dies erfordert
zusätzliche Massnahmen, die bei der elektrisch heizbaren Bettdecke nach der Erfindung
nicht notwendig sind, da eine einfache Ausführungsform eines Transformators verwendbar
und die Bettdecke an sich vor etwaigen Kurzschlüssen im Transformator gesichert
ist. Die elektrisch heizbare Bettdecke nach der Erfindung ist vor einer solchen
Uberhitzung infolge des Kurzschlusses eines Transformators oder einer Triac-Regelung
geschützt, da der Widerstand des Heizelementes der Bettdecke bei einem solchen Kurzschluss
selbsttätig so hoch werden würde, dass Ubererhitzung verhütet wird. in weiterer,
wesentlicher Vorteil der Bettdecke nach der Erfindung besteht darin, dass diese
sich unmittelbar an die Netzspannung anschliessen list.
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Wenn eine uebliche, elektrisch heizbare Bettdecke im gefalteten Zustand
verwendet wird, nimmt an der Faltstelle der thermische Widerstand sehr stark zu,
wodurch die Temperatur des Heizelementes so hoch ansteigen kann, dass Zündgefahr
nicht ausgeschlossen ist. Die elektrische Bettdeoke nach der Erfindung ist vor solchen
örtlich zu hohen Temperaturen infolge der Falten gesichert, da der Xiderstandswert
des Heizelementes an der Faltstelle derart hoch wird, dass die zugeführte Leistung
auf einen zulassigen Wert begrenzt wird.
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In einer ersten Ausführungsform schafft die Erfindung eine elektrische
heizbare Bettdecke mit einem Heizelement, bei der ein mit der Temperatur zunehmender
Widerstandswert des Widerstandsmaterials des Heizelementes dadurch erzielt wird,
dass ein Widerstandsmaterial
mit einem Temperaturkoeffizienten
von mehr als 0,06/0 C benutzt wird.
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Die Sicherung vor örtlich zu hohen Temperaturen wird erfindungsgemäss
dadurch erzielt, dass das Heizelement in Form einer Anzahl von Maschen ausgebildet
wird, die parallel an die Speisespànnung angeschlossen werden.
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Eine vorteilhafte Massnahme nach der Erfindung besteht aus der richtigen
Anpassung an die der elektrischen Bettdecke zugeführten elektrische Leistung duroh
Anbringung wenigstens eines Teiles des Heizelementes nahe der Aussenseite der Bettdecke0
Damit die Temperatur des Heizelementes der elektrisch heizbaren Bettdecke nach der
Erfindung nach dem Einschalten hinreichend schnell ansteigt, ist das Heizelement
mit einem thermischen Isolator versehen, dessen Bemessung derart gewählt wird, dass
nach dem Sinsohalten die erwünschte sohnelle Anheizung erzielt wird.
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Die Zunahme des Widerstandswertes des Heizelementes der Bettdecke
nach der Erfindung wird noch dadurch gefordert, dass der thermische Widerstand des
thermischen Isolators einen verhältnismässig hohen, ositiven Temperaturkoeffizienten
aufweist.
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Ein thermischer Isolator mit verhältnismässig hohem, positivem Temperaturkoeffizienten
für das Heizelement der Bettdeoke nach der Erfindung wird erfindungsgemäss dadurch
erhalte , dass das Widerstandsmaterial von einem ersten Körper mit verhältnismässig
hohem Dehnungskoeffizienten und von einem zweiten Körper mit verhältnismässig niedrigem
Warmewiderstand umgeben wird, welche YJ"orper bei nicht erwärmtem Widerstandsmaterial
an diesem Widerstandsmaterial anliegen und derart ausgebildet sind, dass bei einer
bestimmten Temperatur des Widerstandsmaterials der thermische Kontakt des zweiten
Körpers mit dem Widerstandsmaterial infolge der thermisohen Reaktion des ersten
K"orpers unterbroohen wirdg
itach einem weiteren Merkmal der erfindung
wird dies dadurch bewerkstelligt, dass ein erster Draht schraubenlinienförmig um
das Widerstandsmaterial gewickelt wird, welcher Draht einen verhältnismässig hohen
Dehnungskoeffizienten und einen Querschnitt nahezu in der Form eines gleichschenkligen
Trapezes aufweist, wobei der draht derart gewickelt wird, dass die längere der zwei
parallelen Seiten des Trapezes an dem Widerstandsmaterial anliegt, während ein zweiter
Draht schraubenlinienförmig in den Zwischenräumen der Windungen des ersten Drahtes
um das Widerstandsmaterial gewickelt wird, welcher zweite Draht einen niedrigen
thermischen Widerstand und einen Querschnitt nahezu in der Form eines gleichsohenkligen
Trapezes aufweist, welcher zweite Draht derart gewickelt ist, dass die kürzere der
zwei parallelen Seiten an dem hriderstandsmaterial anliegt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalt das Heizelement
einen Kern und einen um diesen Kern gewickelten widerstandsdraht, wobei der thermische
und gleichzeitig elektrische Isolator um den Widerstandsdraht angeordnet ist und
das Ganze auf der Aussenseite mittels eines Metallmantelgeflechtes' vor Berührung
geschützt wird.
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Die elektrische heizbare Bettdecke nach @er Erfindung wird nachstehend
an Hand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivisohe
Ansicht eines vorzugsweise in der elektrisch heizbaren Bettdecke nach der Erfindung
verwendeten Heizelementes, Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verlaufs des Widerstandswertes
des Heizelementes nach Fig. 1 als Funktion der Temperatur, wobei die Kurve a den
linearen Verlauf des Widerstandswertes mit der Temperatur und die Kurve b einen
Verlauf darstellt, bei dem der Widerstandswert anfangs linear mit der Temperatur
zunimmt, während
beim Erreichen einer bestimmten Höhe die Temperatur
praktisch. unendlich hoch wird: das Widerstandsmaterial mit dem Temperaturverlauf
nach Kurve b der Fig. 2 las6t sich sehr vorteilhaft in der elektrisch heizbaren
Bettdecke nach der erfindung verwenden, da auf diese Weise eine praktisch absclute
Sicherung vor Ubererhitzung erzielt wird.
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Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der der elektrisch heizbaren
Bettdecke zugeführten, elektrischen Leistung als Funktion der Temperatur des Heizelementes.
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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der der Bettdecke zugeführten
elektrischen Leistung als Funktion der Temperatur des Heizelementes bei einem niedrigen
ert des Temperaturkoeffizienten.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt eine ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
wobei ein mit der Temperatur zunehmender thermisoher Widerstand des thermischen
Isolators erzielt wird.
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Fig. 6 zeigt im Schnitt eine Ansicht entsprechend Fig. 5 jedoch bei
hohleren Temperaturen.
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Fig. 7 zeigt den Verlauf des thermischen Widerstandes des thermischen
Isolators als Funktion der Temperatur des Heizelementes nach Fig. 5.
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Fig. 8 zeigt den Verlauf des thermischen Widerstandes des Heizelementes
als Funktion der Temperatur des Heizelementes, das mehrere Windungen eines Materials
mit verhältnismässig hohem Dehnungskoeffizienten und mehrere Windungen mit verhältnismassig
niedrigem thermischem Widerstand enthält.
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Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Heizelement
in Form einer Anzahl von Maschen in der Bettdecke untergebracht ist, welche Maschen
parallel an die Netzspannung angeschlossen sind.
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Fi. 1 zeigt ein vorzugsweise in der elektrisch heizbaren Bettdecke
nach der Erfindung verwendetes Heizelement, das aus einem
Kern 1
aus einem Kunststoff und einem um diesen Kern gewickelten Widerstandsdraht 2 mit
einem Temperaturkoeffizienten von 0,08 (+ 5 %)/° C besteht. Der Widerstand 2 wird
duroh einen Kunststoffmantel 3 z.B. aus Polyvinylchlorid isoliert, der von einem
Metallmantelgeflecht 4 zum Berührungsschutz umgeben werden kann. Das Heizelement
hat einen Widerstand zwischen 20 und 30 Ohm pro laufendes Meter: es wird etwa 3
m Widerstandedraht mit einem Widerstandswert zwischen 7 und 10 Ohm pro laufendes
Meter aufgewickelt. Der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes hängt von der Art
der verwendeten Bettdeoke ab. Der Aussendurchmesser des Heizelementes ist z.B. 2,5
mm Nach der Erfindung kann eine der Schichten 3 oder 4 auch aus einem Material bestehen,
dessen thermisoher lTiderstand mit dir Temperatur zunimmt.
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Das Heizelement wird in einer elektrisch heizbaren Bettdecke eingewoben,
aber im Prinzip last es sich auch in Heizgeraten anderer Art z.B. in elektrischen
Kochgeräten, Ofen, elektrischen Heizern und dgl. verwenden.
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In einerEinpersondeoke wird z.B. ein Heizelement mit einer L"ange
von 16,5 m und einem Widerstand von 400 Ohm bei 0° C angebracht0 Fig. 2 zeigt, dass
der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes mit der Temperatur desselben linear zunimmt,
so dass der den-Widerstandsdraht durchfliessende Strom stets niedriger wird, wodurch
auch die Wirmeabgabe des Widerstandsdrahtes abnimmt. Wenn der Widerstandsdraht eine
Temperatur von 1100 C erreicht, in welchem Falle die Temperatur unter der Decke
etwa 20 bis 250 C betr"agt, sind die Wärmeverluste gleich der zugeführten elektrischen
Leistung, so dass die Temperatur der Decke nicht weiter ansteigen kann und die Gefahr
von Entzündung vermieden wird. Die elektrisch heizbare ettdecke nach der Erfindung
lasst sich selbstverständlich auch an eine Triac-Regelschaltung anschliessen, so
dass der Gebraucher die Temperatur der Bettdecke nach Wunsch einstellen kannt Tritt
eine heisse Stelle auf infolge des gefalteten
Zustandes der Deoke,
eo wird das Heizelement örtlich überhitzt, so dass der Widerstands wert örtlich
erhoht wird, wodurch die zugeführte Leistung abnimmt und die Temperatur auf einen
sicheren Wert begrenzt wird, wobei keine Gefahr einer Entzündung auftritt. Die Ausführungsform
nach Fig. 9 ist in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft, Besonders wenn die benutzte
Maschenlänge gering ist, wird eine gute Sicherung vor örtlichen Uberebhitzungen,
sogar auf einer sehr geringen Oberflache erzielt.
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In den Fig. 3 und 4 ist die zugeführte elektrisohe Leistung P als
Funktion der inneren Temperatur Ti des Heizelementes aufgetragen.
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Diese Leistung nimmt als Funktion der zunehmenden Temperatur Ti hyperbolisch
ab.
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Fig.. 4 zeigt den Verlauf der zugeführten, elektrischen Leistung
1 als Funktion der inneren Temperatur Ti des Heizelementes aufgetragen, wobei diese
Leistung bei geringen Werten des Temperaturkoeffizienten des Widerstandsmaterials
mit guter Annäherung linear mit der emperatur Ti des Heizelementes abnimmt. Ein
Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, dass es tatsächlich erwünscht ist, ein Widerstandsmaterial
mit verhältnismässig hohem Temperaturkoeffizienten für den Widerstand zu wählen,
da dann die Leistung als Funktion der inneren Temperatur Ti schnell (hyperbolisch)
abnimmt, was-besonders wichtig ist, um eine bevorstehende örtliche Übererhitzung
infolge einer Faltstelle zu verhüten.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines in einer elektrisch
heizbaren Bettdeoke nach der Erfindung verwendeten Heizelementes besteht aus einem
Innenkörper 7, in deu der gegebenenfalls um einen Kern gewickelte Widerstandedraht
untergebracht ist.
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Dieser Innenkörper 7 wird von einem thermischen und gleichzeitig elektrischen
Isolator umgeben, der aus einer ersten Spiralwicklung 5 aus einem Material mit verhältnismässig
hohem Dehnungskoeffizienten
und einem zweiten Wendel 6 aus einem
Material mit verhältnismässig niedrigem, thermischem Widerstand besteht. Die Wendeln
5 und 6 haben einen verschnitt nahezu in der Form eines gleichschenkligen Trapezes,
wobei die Wendel 5 mit der längeren der zwei parallelen Seiten am Körper 7 und die
Wendel 6 mit der kürzeren der zwei parallelen Seiten am Körper 7 anliegen. Wenn
der Körper 7 erhitzt wird, dehnt sich die dendel 5 in seitlicher Richtung, so dass
die endel 6 sich von dem Körper 7 abbewegt, wodurch der thermische Kontakt des Wärmeleiters
6 mit dem EMorper 7 unterbrochen wird, so dass der thermische Widerstand zunimmt.
Der Verlauf dieses thermischen Widerstands Rth als Funktion der inneren Temperatur
Ti des Heizelementes ist in Fig. 7 dargestellt. Die volle Kurve zeigt den Verlauf
von Rth als Funktion'von Ti, während die gestrichelte Kurve den Verlauf darstellt,
der in der Praxis infolge Unregelmässigkeiten der Spannung der Wendeln 5 und 6 und
dgl. auftritt.
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Fig. 8 zeigt den Verlauf des thermisohen Widerstandes Rt.h des Isolators
um den Körper 7 als Funktion der inneren Temperatur T. des Heizelementes, wobei
der thermische Isolator aus mehreren Wendeln 5 mit gegenseitig verschiedenen Dehnungskoeffizienten
und mehreren Wendeln 6 mit einem niedrigen thermischen Widerstand besteht, wodurch
der dargestellte Verlauf des thermischen Widerstandes als Funktion der Temperatur
des Heizelementes erzielt wird. Die volle Kurve nach Fig. 8 zeigt den theoretischen
Verlauf, während die gestriohelte Kurve den in der Praxis auftretenden Verlauf des
thermisohen Widerstandes als Funktion der Temperatur dargestellt.
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Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer elektrisch heizbaren Bettdecke
nach der Erfindung, bei der insbesondere örtlich zu hohe Temperaturen vermieden
werden. Das Heizelement ist in Form einer Anzahb von Mischen 9 in der Decke 8 angebraoht.
Vor allem wenn die Anzahl von Masohen gross und die dadurch begrenzte Oberfläche
klein ist,
wird örtliche Ubererhitzung über eine sehr kleine Oberfläche
erfolgreich verhütet. Wenn die Bettdecke z.B. längs einer Linie gefalten wird, die
zwischen den Schenkeln 10 und II der Masche 9 liegt, nimmt die der M@sche 9 zugeführte
Leistung selbsttätig ab, so dass die durch die Maschine 9 erwärmte Oberfläche auf
einer zulässigen Temperatur bleibt. Wie dies in Fig. -9 dargestellt ist, lasst sich
die elektrische Bettdecke nach der Erfindung unmittelbar an die Netzspannung anscnliessen
ohne die Gefahr einer UbererhitzungO Die Erfindung schafft somit eine elektrisch
heizbare Bettdecke, bei der sich alle äussere thermostatischen Regelungen erübrigen,
da das verwendete Heizelement selbstregelnd ist. Ausserdem Isst sich die elektrische
Bettdecke nach der Erfindung unbedenklich unmittelbar an die Netzspannung anschliessen.
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PATENTANSPRUECHE.
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1.) Elektrisch heizbare Bettdecke mit einem Heizelement d.g., dass
das Heizelement ein Uiderstandsmaterial enthält, dessen Widerstand mit der Temperatur
zunimmt.
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2. Elektrisch heizbare Bettdecke nach Anspruch 1 d.g., dass das Widerstandsmaterial
einen Temperaturkoeffizienten von mehr als 0,06/0 C aufweist.
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3. elektrisch heizbare Bettdecke nach Anspruch 1 oder 2 d.g., dass
das Heizelement durch eine Anzahl paralleler tischen gebildet wird, die parallel
an die Netzspannung angeschlossen sind.
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4. Elektrisch heizbare Bettdecke nach Anspruch 1, 2 oder 3 d.g., dass
wenigstens ein Teil des Heizelementes nahe der A@ssenseite der Bettdecke angebracht
ist.
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5. Elektrisch heizbare Bettdecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche
d.g., dass das Heize-lement mit einem thermischen Isolator versehen ist.