DE2205131A1

DE2205131A1 - Preventing overheating of a heater - by means of relay actuated by current flowing through insulation

Info

Publication number: DE2205131A1
Application number: DE19722205131
Authority: DE
Inventors: Karl Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-03
Filing date: 1972-02-03
Publication date: 1973-08-16

Abstract

Device preventing overheating of a heater comprising an electric head embedded in an insulating material (pref. MgO, Al2O3 and/or SiO2), which is enclosed in a metallic sheath, is actuated by increased in the weak current flowing through the insulating material between the electric lead and the metallic sheath, when the temp. of the heater exceeds a certain threshold. The protection device is connected to the metallic sheath and the protective lead or earth. The device is very reliable. It is esp. suitable for use in washing machines, or other hot-water installations.

Description

Ubertemperatur-Schutzeinrichtung für einen elektrischen Heizkörperq Die Erfindung betrifft eine übertemperatur-Schutzeinriehtung für einen heizkörper, der aus einem in einem metallischen Mantel in Isoliermaterial eingebetteten stromdurchflossenen Heizleiter besteht. Overtemperature protection device for an electric radiator q The invention relates to an excess temperature protection device for a radiator, the one with a current flowing through it, embedded in an insulating material in a metallic jacket There is a heating conductor.

Zahlreiche elektrische Geräte und Apparate, die elektrische Rohrheizkörper besitzen, müssen davor geschützt sein, daß der Rohrheizkörper unzulässig hohe Temperaturen annimmt. Ein typischer Fall ist in Waschmaschinen oder eißwasserbereitern gegeben, wo der Rohrheizkörper gegen Trockengehen geschtzt werden muß. Dazu sind heutzutage meist zusätzliche Fühler oder GerSte notwendig.Numerous electrical devices and apparatus, the electric tubular heater must be protected from the tubular heating element being exposed to impermissibly high temperatures accepts. A case in point is in washing machines or water heaters given, where the tubular heating element must be protected against drying out. These are nowadays Usually additional sensors or devices are necessary.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 046 935 ist ein über temperatur-Ausschalter bekannt geworden, der einen besor.Çeren Fühler mit zwei Elektroden besitzt, zwischen denen ein Salz angeordnet ist. Dieser Fühler ändert seinen elektrischen :!=derstand beim Schmelzen des Salzes wegen der in der Salzschm,elze vorhandenen Ionen. Diese Einrichtung hat verschiedene Nachteile.From the German Offenlegungsschrift 2 046 935 is an over temperature switch became known who has a special sensor with two electrodes, between which a salt is arranged. This sensor changes its electrical:! = Resistance when melting the salt because of the ions present in the molten salt. These Establishment has several disadvantages.

Da das Salz bei bestimmungnsgemäßem Gebrauch schmilzt, mAssen die Elektroden im Fühler genau und dauerhaft und voneinander isoliert fixiert sein. Bei der bekannten Einrichtung wird daher entweder das System in ein isolierendes, die beiden Elektroden halterndes Rohr eingeschlossen oder eine der Elektroden muß isolierend umsponnen sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden.Since the salt melts when used as intended, the Electrodes in the sensor must be fixed precisely and permanently and isolated from one another. In the known device, therefore, either the system is converted into an insulating, The tube holding the two electrodes must be included or one of the electrodes must be wound in an insulating manner in order to avoid short circuits.

Ein weiterer Nachteil dieses Fühlers ist sein flysterese-Verhalten.Gleiche Widerstände zwischen den beiden Elektroden treten bei steigender Temperatur bei anderen Temperaturwerten auf, als bei fallender Temperatur. Diese Erscheinung, die durch einen Schmelz- bzw.7rstarrungs-"Verzug" bedingt ist, wird zwar bei der bekannten Einrichtung durch die Beimischung isotroper oder epitaxischer Kristalle bekämpft, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Salzes liegt.Another disadvantage of this probe is its flysterese behavior. Same Resistances between the two electrodes arise as the temperature rises different temperature values than when the temperature is falling. This appearance that is caused by a melting or solidification "distortion", is indeed with the known Facility combated by adding isotropic or epitaxial crystals, whose melting point is above the melting point of the salt used.

Hier sind jedoch Schwierigkeiten wegen eventueller chemischer Reaktionen zwischen Salz und Beimischung nicht ausgeschlossen.However, there are difficulties here because of possible chemical reactions between salt and admixture not excluded.

Die verwendeten Salze sind ferner häufig stark hygroskopisch, so daß die Fertigung des Fühlers wegen der notwendigen Trockenhaltung erschwert ist. Der wichtigste Nachteil bei der Verwendung als Übertemperatur-Schutzeinrichtung für einen Rohrheizkörper ist natürlich die Tatsache, daß ein gesonderter iicr erforderlich ist. Der bekannte Fühler ist also nicht niir selbst schwer und aufwendig herzustellen und hat Nachteile im etrieb, sondern ist vor allem ein zusätzliches Teil, das einer gesonderten Ilalterung etc. bedarf.The salts used are also often very hygroscopic, so that the manufacture of the sensor is difficult because of the need to keep it dry. Of the main disadvantage of using it as an overtemperature protection device for A tubular heater is of course the fact that a separate iicr is required is. The well-known sensor is therefore not difficult and expensive to manufacture yourself and has disadvantages in operation, but is above all an additional part, the one separate aging etc. is required.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine übertemperatur-Schutzeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die insbesondere den am Heizkörper und in dessen Umgebung zu treffenden Aufwand auf ein Minimum herabsetzt und außerordentlich zuverlässig arbeitet.The object of the invention is to provide an excess temperature protection device to create the type mentioned above, which in particular on the radiator and in whose environment reduces the effort to be taken to a minimum and is extraordinary works reliably.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein auf Stromänderungen ansprechendes Schutzgerät vorgesehen ist, das auf ein Ansteigen des zwischen Heizleiter und Mantel über das Isoliermaterial fließenden Stromes anspricht.This object is achieved according to the invention in that a Current changes responsive protection device is provided, which on an increase of the current flowing through the insulating material between the heating conductor and the jacket.

Es ist also für die Überwachung des Heizkörpers überhaupt kein besonderer Fühler notwendig. Der Heizkörper selbst wird zum Fühler, da bei erhöhter Temperatur der vom Heizleiter zum normalerweise geerdeten Mantel fließende Strom zunimmt.So there is no special at all for monitoring the radiator Sensor necessary. The radiator itself becomes a sensor because it is at an elevated temperature the current flowing from the heating conductor to the normally earthed jacket increases.

Als Isoliermaterial können die üblichen bei Rohrheizkörpern verwendeten Isoliermaterialien verwendet werden, und zwar in erster Linie Magnesium-Oxyd (MgO), sowie Aluminium- und Silicium-Oxyde (Al203 und SiO2). Es wird hier also eine Erscheinung ausgenutzt, die bisher allenfalls als störend in Erscheinung getreten ist. Das Ansteigen des Ableitstromes beginnt erst in einem bestimmten Temperaturbereich und geht dann relativ rasch vor sich, so daß ziemlich eindeutige Schaltbereiche gefunden werden können. Innerhalb dieser Schaltbereiche ist jedoch, im Gegensatz zu dem bekannten, mit Salz arbeitenden Fühler, eine Wahl der Schalttemperatur möglich.The usual insulating materials used for tubular heaters can be used Insulation materials are used, primarily magnesium oxide (MgO), as well as aluminum and silicon oxides (Al203 and SiO2). So it becomes an apparition here exploited, which has so far only appeared as a nuisance. The rise the leakage current only begins in a certain temperature range and then goes relatively quickly in front of you, so that fairly clear switching areas can be found can. However, within these switching ranges, in contrast to the known, with salt working sensor, a selection of the switching temperature possible.

weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Ansprüchen und der Beschreibung Im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Rohrheizkörpers mit Schutzeinrichtung und Fig. 2 ein Diagramm, das den Ableitstrom eines Rohrheizkörpers in Abhängigkeit von seiner Temperatur zeigt.further advantages and features emerge from the claims and the description In connection with the drawings. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show it Fig. 1 is a schematic representation of a tubular heater with protective device and Fig. 2 is a diagram showing the leakage current of a tubular heater shows as a function of its temperature.

In Fig. 1 ist ein Rohrheizkörper 11 schematisch dargestellt, der einen äußeren Mantel 12 in Form eines Metallrohres, einen lleizleiter 13 in Form eines wendelförmig gebogenen Widerstandsdrahtes und eine Einbettung aus.Isoliermaterial 14 besitzt.In Fig. 1, a tubular heater 11 is shown schematically, the one outer jacket 12 in the form of a metal tube, a lead 13 in the form of a helically bent resistance wire and an embedding made of insulating material 14 owns.

Beide Enden des Heizleiters 13 sind über einen Ausschalter 15 an ein Stromnetz angeschlossen. Der Mantel 12 steht über ein Schutzgerät 17 mit einem Schutzleiter bzw. einem Erdanschluß 16 in Verbindung.Both ends of the heating conductor 13 are connected to a circuit breaker 15 Mains connected. The jacket 12 stands over a protective device 17 with a protective conductor or a ground terminal 16 in connection.

Das Schutzgerät 17 kann im dargestellten Beispiel aus einem Gerät bestehen, das den vom Mantel 12 zum Erdanschluß 16 fließenden Strom misst und bei Überschreitung eines bestimmten, einer Übertemperatur entsprechenden Ableitstromes auf einen Schalter 18 einwirkt, der den Rohrheizkörper abschaltet.In the example shown, the protective device 17 can consist of one device exist, which measures the current flowing from the jacket 12 to the ground terminal 16 and at Exceeding a certain leakage current corresponding to an overtemperature acts on a switch 18 which switches off the tubular heater.

Diese Ausführungsform ist denkbar einfach, da das Schutzgerät 17 und der Schalter 18 zusammen als ein einfaches Relais ausgebildet sein können. Allerdings ist dabei zu beachten, daß der Mantel 12 des Rohrheizkörpers nicht unmittelbar am Erdpotential liegt, so daß für zahlreiche Anwendungsfälle, beispielsweise wo der Mantel in einer leitenden Flüssigkeit, wie Wasser, angeordnet ist, dafür gesorgt werden sollte, daß der Mantel 12 unmittelbar am Frdpotential gelegt werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Ableitstrom mittels eines an sich bekannten Fehlerstromschutzschalters überwacht wird, d.h. einem in die Zuleitungen des Rohrheizkörpers eingeschalteten Gerät, das durch Vergleich der an beiden Anschlüssen des Rohrheizkörpers fließenden Ströme eventuelle Ableitströme feststellen kann.This embodiment is very simple because the protective device 17 and the switch 18 can be designed together as a simple relay. However Care should be taken that the jacket 12 of the tubular heater is not directly on the Earth potential is so that for numerous applications, for example where the Sheath placed in a conductive liquid, such as water, is ensured should be that the jacket 12 can be placed directly at the Frdpotential. This can be done, for example, that the leakage current by means of an known residual current circuit breaker is monitored, i.e. one in the supply lines of the tubular heater that is switched on by comparing the currents flowing through the tubular heater can detect any leakage currents.

Durch die Erfindung kann ein solches an sich bekanntes Gerät durch entsprechende Ausbildung, Auslegung und Einstellung zur Übertemperatur-Uberwachung Verwendung inden.Such a device, which is known per se, can be made by the invention by Appropriate training, design and setting for overtemperature monitoring Use inden.

Es ist ferner auch möglich, den Mantel und den Tieizleiter an einen gesonderten, zumindest aber vom Netz, beispielsweise durch einen Trenntransformator, getrennten Stromkreis zu legen und in diesem Stromkreis durch ein Schutzgerät den über das Isoliermaterial fließenden Strom zu messen. In diesem Falle kann der Mantel direkt an den Schutzleiter angeschlossen werden, würde dann aber'von der Spannung des Zweitstromkreises beaufschlagt sein. Bei diesem kann jedoch die Spannung niedrig gehalten werden, so daß eine Gefährdung nicht zu befürchten ist.It is also possible to connect the jacket and the tie-down conductor to one separate, but at least from the network, for example by an isolating transformer, separate circuit and in this circuit through a protective device the to measure the current flowing through the insulating material. In this case the coat can be connected directly to the protective conductor, but would then 'be affected by the voltage of the second circuit must be applied. In this case, however, the voltage can be low be held so that a hazard is not to be feared.

Bei Rohrheizkörpern der normalen Ausführung sind natürlich die Ableitströme nicht übermäßig groß. Sie liegen in der Größenordnung von mA, sind jedoch durchaus ausreichend, um mit einfachen und zuverlässigen Geräten eine Schaltung herbeizuführen. Aus Fig. 2 ist der Verlauf des Ableitstromes bei einem üblichen Rohrheizkörper mit Füllung aus MgO-Isoliermasse und 6,5 mm Außendurchmesser dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der bei Temperaturen unterhalb 6000konstante Ableitstrom von 0,5 mA im Bereich bis 700° auf das Doppelte und im Bereich bis 8000 auf das Sechsfache des konstanten Wertes bei niedriger Temperatur ansteigt. In diesem Bereich liegen üblicherweise auch die Temperaturen, beiden eine Gefährdung des Rohrheizkörpers eintritt und bei denen eine Abschaltung erfolgen muß. Es ist natürlich möglich, durch die Wahl anderer Isoliermaterialien diese Kennlienie zu verändern. Auch durch Mischen der bekannten Isoliermaterialien oder durch Beimischung anderer Stoffe können diese Kennlinien verändert werden, so daß in einem vernünftig brauchbaren Bereich zu jeder gewünschten Abschalttemperatur ausreichende Unterschiede des Ableitstromes, die eine robuste und einfache Ausführung des Schutzgerätes ermöglichen, zur Verfügung stehen. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß natürlich bei Rohrheizkörpern die Ableitstrome nie ganz genau gleich groß sein werden. Es ist jedoch aus Fig. 2 zu erkennen, daß das Ansteigen des Stromes in den Übertemperaturbereich so groß ist, daß auch Schwankungen in der Ableitstrom-Charakteristik einzelner Rohrheizkörper aus einer Serie keine großen Unterschiede in der Abschalttemperatur herbeiführen können. Es sei ferner bemerkt, daß durch Rinstellung des Schutzgerätes auch bei einem vorliegenden Rohrheizkörper die Abschalttemperatur in einem gewissen Bereiche veränderbar ist.In the case of tubular heaters of the normal design, there are of course the leakage currents not overly large. They are on the order of mA, but they are sufficient to bring about a circuit with simple and reliable devices. From Fig. 2, the course of the leakage current in a conventional tubular heater is with Filling made of MgO insulating compound and 6.5 mm outer diameter shown. It's closed recognize that the leakage current of 0.5 mA., which is constant at temperatures below 6000 in the range up to 700 ° to double and in the range up to 8000 to six times of the constant value increases at low temperature. Lie in this area usually also the temperatures, both of which pose a risk to the tubular heater occurs and which must be switched off. It is of course possible to change this characteristic by choosing other insulating materials. Also through Mixing the known insulating materials or adding other substances these characteristics can be changed so that in a reasonably usable range Sufficient differences in leakage current for each desired switch-off temperature, which enable a robust and simple design of the protective device are available stand. Let it be in this context noticed that of course at Tubular heaters, the leakage currents will never be exactly the same size. It is however, it can be seen from Fig. 2 that the increase in the current in the overtemperature range is so great that fluctuations in the leakage current characteristics of individual tubular heating elements do not bring about any major differences in the switch-off temperature from a series can. It should also be noted that by setting the protective device also at an existing tubular heater, the switch-off temperature in a certain range is changeable.

Es wird hier die ideale Temperaturüberwachung geschaffen, da hier nicht mit einem gesonderten Überwachungsgerät eine Temperatur abgefühlt werden muß, wobei durch schlechte Kopplung stets Fehlermöglichkeiten vorhanden sind, sondern ((;s zu überwachende Gerät, nämlich. der Rohrheizkörper, liefert selhst in Abhängigkeit von seiner Temperatur das zur Abschaltung notwendige Signal. Vor allem ist auch der große Vorteil gegeben, daß durch das starke Ansteigen des Ableitstron:es in dem zu überwachenden Temperaturbereich auch örtliche über hitzungen erfasst werden können. Der Rohrheizkörper wirkt nicht, wie ein Fühler mit einem Widerstandsdraht, wie eine Summe hintereinander geschalteter Widerstände, sondern wie eine Summe parallel zueinander geschalteter Widerstände, bei denen schon die Überbrückung eines Widerstandes reicht, um eine ausreichende Änderung herbeizuführen. Es sei nur erwähnt, daß die Einrichtung nach der Erfindung auch dazu einsetzbar ist, einen Schaltvorgang auszulösen, der erst oberhalb einer bestimmten Temperatur ausgelöst werden soll. Generell ist also die Einrichtung stets brauchbar, wenn ein Signal in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Temperatur des Rohrheizkörpers ausgelöst werden soll. Grundsätzlich wäre auch eine Temperaturregelung unter Verwendung des vom Ableitstrom gegebenen Signals möglich, ,jedoch nur in einem sehr kleinen Bereich und bei handelsüblichen Rohrheizkörpern sicherlich nicht mit der erforderlichen Genauigkeit.The ideal temperature monitoring is created here, because here a temperature does not have to be sensed with a separate monitoring device, where there are always possibilities for errors due to poor coupling, but ((; s device to be monitored, namely. the tubular heater, provides self-dependent the signal necessary for the shutdown of its temperature. Most of all is too the great advantage given that due to the strong increase in the discharge current: it in Local overheating can also be recorded in the temperature range to be monitored can. The tubular heater does not act like a sensor with a resistance wire, like a sum of resistors connected in series, but like a sum in parallel resistors connected to one another, in which a resistor is bridged enough to bring about a sufficient change. It should only be mentioned that the Device according to the invention can also be used to trigger a switching process, which should only be triggered above a certain temperature. Generally is So the facility is always useful when a signal is dependent on a given temperature of the tubular heater should be triggered. Basically would also be a temperature control using the leakage current given Signal possible, but only in a very small area and with commercially available Tubular heaters certainly not with the required accuracy.

Obwohl die Erfindung anhand eines Rohrheizkörpers beschrieben wurde, ist sie auch bei anderen in einer Isoliermasse eingebetteten Heizkörpern brauchbar, beispielsweise bei Elektrokochplatten.Although the invention has been described using a tubular heater, it can also be used for other heating elements embedded in an insulating compound, for example with electric hotplates.

Claims

Expectations

Overtemperature protection device for a radiator consisting of a current-carrying, embedded in a metallic jacket in insulating material There is a heating conductor, characterized in that a responsive to current changes Protective device is provided, which reacts to a rise between the electrical conductor and Jacket responds to the current flowing through the insulating material.

2) Protection device according to claim 1, characterized in that the insulating material made of MgO, Al203 and SiO2 as well as mixtures thereof Group of insulating materials is selected.

3) Protection device according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the protective device is connected between the jacket and the protective conductor or earth line is.