DE3111911A1

DE3111911A1 - Sicherheitsschaltung fuer eine elektrische heizdecke

Info

Publication number: DE3111911A1
Application number: DE19813111911
Authority: DE
Inventors: Gordon S. 60062 Northbrook Ill. Carlson; George C. 60093 Winnetka Ill. Crowley
Original assignee: Sunbeam Corp
Current assignee: Sunbeam Corp
Priority date: 1980-04-01
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS6412073B2; FR2485285A1; NL8101632A; GB2075777B; MX149294A; JPS57864A; NZ196568A; AR227041A1; FR2485285B1; AU6881681A; GB2075777A; CA1156300A; BR8101977A; BE888195A; ZA812180B; AU542163B2

Description

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TELESRAMME: INVENTIUS HAMBURG

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PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT: 1. April 1980

(entspr. U.S. Serial No. 136 202)

BEZEICHNUNG: Sicherheitsschaltung für eine

elektrische Heizdecke.

ANMELDER: SUNBEAM CORPORATION

5*100 West Roosevelt Road Chicago, 111. 6O65O V.St.A.

ERFINDER: George C. Crowley

612 Lincoln
Winnetka, 111. 60093 V.St.A.

Gordon S. Carlson 229O White Oak Drive Northbrook, 111. 6ΟΟ62 V.St.A.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung für eine elektrische Heizdecke mit einem biegsamen Heizstrang, bei dem zwei parallele, in ein Heizwiderstandsmaterial mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Material) eingebettete elektrische Leiter von einer gemeinsamen Hülle aus elektrisch isolierendem Material umschlossen sind.

Elektrische Heizdecken müssen bekanntlich mit einer Vorrichtung versehen sein, die zum Abfühlen einer etwaigen Überhitzung längs des Heizelements innerhalb der Decke und der Abschaltung oder Herabsetzung des Stromes dient, bevor durch die überhitzung ein Schaden angerichtet oder eine Verletzung verursacht werden kann. Beispielsweise wurden zum Abfühlen der Überhitzung dienende besondere Bimetallthermostaten in Abständen längs der Decke angeordnet. Außerdem wurden fortlaufende Fühldrähte in Verbindung mit dem das Heizelement bildenden Draht vorgesehen, welche auf überhitzung ansprachen, um ein Relais zu betätigen, das den Stromkreis des Heizelements unterbricht.

In neuerer Zeit wurde die Verwendung eines Materials mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTO-Material) als Heizelement in Betracht gezogen, das an allen Stellen auf der Deckenfläche beim Auftreten einer Überhitzung die Temperatur selbsttätig begrenzen soll. Der mögliche Aufbau

eines solchen Heizelements oder Heizstranges, der die Wärme auf die Decke überträgt und auf einen Überhitzungszustand selbsttätig reagiert, ist in dem US-Patent 3,410,984 beschrieben. Danach besteht der Heizstrang der Decke aus zwei in einem Abstand voneinander in ein PTC-Material, das aus Polyäthylen mit eingemischten Kohlenstofftexlchen besteht, eingebetteten elektrischen Leitern. Der elektrische Strom geht dann von dem einen Leiter durch das PTC-Material hindurch zu dem anderen Leiter, so daß der Heizstrang als Heizelement wirkt.

Die Zusammensetzung des P TO-Materials und die räumlichen Abmessungen seines Strangpreßquerschnitts sind so gewählt, daß der Widerstand und damit die Wärmeabgabe pro Längeneinheit des Heizstranges bei einer gegebenen Temperatur hinreichend konstant sind. Bei niedrigen Temperaturen ist die Wärmeabgabe pro Längeneinheit größer als bei normaler Raumtemperatur. Bei Überhitzung oder hoher Temperatur dagegen ist die Wärmeabgabe kleiner als sonst. Das PT£-Material begrenzt daher selbsttätig die Wärmeabgabe oder die Temperatur des Heizstranges bei beliebiger Umgebung und Isolierung. Wenn also ein Abschnitt des Heizstranges, soweit die Wärmeübertragung in Betracht kommt, gestaucht oder in unnormaler Weise eingeschnürt wird, reagiert der PTC-Heizstrang durch Herabsetzen der Wärmeabgabe in diesem Bereich und tendiert dazu, die Temperatur konstant zu halten.

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Unter normalen Bedingungen arbeitet die vorstehend beschriebene Art von PTC-Heizsträngen in Heizdecken durchaus zufriedenstellend, so daß die besonderen Bimetallthermostaten in der Heizdecke oder die verschiedenen Arten der Decke verteilter, zu den Heizsträngen paralleler Fühldrähte entbehrlich sind. Es wurde jedoch gefunden, daß erhebliche Schwierigkeiten auftreten, wenn ein infolge Leitungsbruchs od. dgl. offener Stromkreis in Verbindung mit einem der beiden Leiter in dem" P.TO-Heizstrang auftritt. In solch einem Falle kommt es in denjenigen Bereichen, in denen die Leitungsunterbrechung auftrat, zu einer Lichtbogenbildung oder unzulässigen überhitzung. Dadurch wird es erwünscht, an einer Heizdecke, deren Heizstrang einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, die Stromzufuhr zur Decke zu'unterbrechen, bevor ein durch Lichtbogenbildung an einem Leitungsbruch verursachter gefährlicher Zustand entsteht.

Es ist bekannt, bei elektrischen Heizdecken einen überhitzungsschutz vorzusehen, insbesondere in Form einer im Fall eines solchen Überhitzungszustandes ansprechenden Schmelzsicherung. Die US-Patentschrift 3,628,098 beschreibt eine solche Schaltung, bei der ein Kurzschluß in Verbindung mit einer Überheizung erzeugt wird, der dazu dient, eine Schutzsicherung zum Anspruch zu bringen. Eine andere bekannte Sicherheitsschaltung, bei der eine Sicherung im Fall eines Funktionsfehlers einer Heizdecke zum Ansprechen gebracht wird, ist in der US-Patentschrift

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4,034,185 beschrieben.

Es gibt ferner viele Schutzschaltungen mit Einrichtungen zum Auslösen der Sicherung des Stromkreises zwecks Schutzes der Last im Falle eines Überspannungszustandes, vgl. die US-Patentschriften 3,600,634, 3,968,407, 3,878,434, 3,493,815 und 3,215,896. In diesem Zusammenhang kann auch die US-PS 3,325,718 von Interesse sein, nach welcher der Zustand in einer Last abgefühlt und eine Sicherheitsschaltung vorgesehen wird, die dazu dient, die Stromkreissicherung zu überlasten und zum Ansprechen zu bringen und die Last von der Stromquelle zu trennen. Ebenfalls von Interesse mag eine in der US-PS 3,845,355 beschriebene Schutzschaltung sein, die einen lichtempfindlichen Widerstand aufweist, der ein Überlastungsrelais steuert.

Mit der Erfindung wird eine Sicherheitsschaltung für eine elektrische Heizdecke der eingangs angegebenen Gattung geschaffen, deren Funktion darauf beruht, daß die Energiezufuhr zur Heizdecke unterbrochen wird/ wenn ein offener Stromkreis in einem der Leiter·aufgetreten ist. Die Sicherheitsschaltung hat eine Charakteristik, die es erlaubt, selektiv auf den Zustand überhöhter Spannung anzusprechen, der durch einen Leitungsbruch hervorgerufen wird, nicht dagegen auf die verschiedenen Arten einer momentanen Überspannung zu reagieren, die häufig bei elektrischen Energiequellen von Geräten im Haushalt vorkommen. Die Schaltung ist so ausgebildet, daß sie auf einen Bruch in mindestens

einem der beiden Leiter in dem Heizstrang der Decke auftritt, dadurch einen Kurzschluß zwischen den Enden des Heizelements herstellt und auf diese Weise eine überlastung der in Reihe dazu geschalteten Sicherung herbeiführt, wodurch der Zuleitungsstromkreis unterbrochen wird, bevor ein Schaden durch Entzünden des PTC-Materials oder des durch Lichtbogenbildung erzeugten Gases an der Bruchstelle entstehen kann.

Die Sicherung soll möglichst eine träge, d.h. eine langsam ansprechende Sicherung sein, so daß während des normalen Stromstosses mit erhöhter Stromstärke, der beim ersten Einschalten des PTC-Materials auftritt, die Sicherung nicht anspricht, selbst, wenn die Spitzenströme das Zwei- oder Dreifache des Nennstroms der Sicherung betragen. Dieser AnfangsStromstoß wird dadurch verursacht, daß der. PTO-Heizstrang im kalten Zustand einen sehr geringen Widerstand hat, der aber nach dem Einschalten rasch ansteigt. Wenn dagegen ein Kurzschluß in dem Heizstrang auftritt, spricht die Sicherung rasch an und schaltet den Zuleitungsstromkreis ab. Die Sicherung wird so ausgewählt, daß sie beim Betrieb bei allen normalen Umgebungstemperaturen und beim Einschalten des kalten Heizstranges den bestmöglichen Schutz gewährleistet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Heizdecke einer Sicherheitsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein mit dem Heizelement verbundener Fühlerkreis dazu dient, die Ener-

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giezufuhr im Falle eines Bruchs in einem der beiden Leiter des Heizstranges zu unterbrechen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsschaltung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der an die Enden des Heizstranges ein Fühlerkreis zum Abfühlen von Spannungsüberhohungen angeschlossen ist, der auf Leitungsbruch in einem der Leiter anspricht und die Sicherung in der Zuleitung zum Ansprechen bringt, aber unempfindlich ist gegen normale kurzzeitige Spannungsüberhohungen infolge von Ausgleichsvorgängen in dem Gesamtstromkreis.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schaltschema einer elektrischen Heizdecke mit einer Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch das Heizelement oder den Heizstrang einer Heizdecke nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung der Heizdecke von Fig. 1 zur Erläuterung der Anschlußverbindungen der Sicherheitsschaltung,

Fig. 4, 5, 6 und 8 das Schaltschema jeweils einer abgewandelten Ausführungsform der Sicherheitsschaltung und ihres Anschlusses und

Fig. 7 die Darstellung einer Einzelheit von Fig. in einem grösseren Maßstab.

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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer elektrischen Heizdecke und der dazugehörigen Sicherheitsschaltung, die mit der Bezugsziffer 10 versehen ist. Der langgestreckte Heizstrang 12 kann, je nach den Abmessungen der Decke, beispielsweise 36 m lang bzw. (für Doppelbettdecken) 49 m lang sein. Der Heizstrang ist mäanderförmig durch in der Deckenhülle 13 hin und herlaufende Kanäle geführt, so daß die Wärme möglichst gleichmäßig über die Decke verteilt wird. Der Heizstrang 12 besteht aus einem Widerstandsmaterial 14 mit positivem Temperaturkoeffizienten, mit welchem zwei in einem Abstand voneinander laufende parallele Leiter 16 und 18 umpreßt sind, wie dies am besten aus der Schnittansicht von Fig. 2 zu ersehen ist.

Ein solcher Heizstrang ist in der US-Patentschrift 3,410,984 näher beschrieben. Das PTC-Material kann aus Polyäthylen, Silikonkautschuk oder dgl. bestehen, in welches Großteilchen so eingemischt sind, daß die gewünschte Temperatur-/Widerstand-Charakteristik erhalten wird. Nach der erwähnten Patentschrift sind die Leiter in einem Abstand voneinander in das PTC-Material eingebettet, so daß sie sich mit diesem in enger Berührung befinden. Eine Schicht aus · elektrischem Isoliermaterial 19 ist im Strangpreßverfahren auf das PTC-Material aufgebracht.

Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, verlaufen die Leiter 16 und 18 in engem Abstand parallel zueinander, so daß zwischen ihnen eine Vielzahl paralleler Stromkabel durch das Widerstandsmaterial hindurch verläuft. Dabei

handelt es natürlich nicht um getrennte Widerstände zwischen den Leitern 16 und 18, da das PTC-Material 14 auf der ganzen Länge zwischen den Leitern 16 und 18 als ein

fortlaufender verteilter Heizwiderstand wirkt, wenn der Strom aus dem Leiter 16 durch das PTC-Material zu dem Leiter 18 fließt. Die beiden Leiter 16 und 18 sind mit ihren entgegengesetzten Enden durch Zuleitungen 20 bzw. 22 mit einer elektrischen Energiequelle verbunden. Um einen gleichmäßigen Spannungsabfall zwischen den Leitern 16 und 18 auf der ganzen Länge des Heizstranges 12 zu erhalten, sind die Zuleitungen 20, 22 an entgegengesetzte Enden des Heizstranges 12 angeschlossen, wie dies besonders deutlich aus der schematischen Fig. 3 zu ersehen ist. Bei einer solchen Anordnung ist der Spannungsabfall zwischen den benachbarten Leitern 16 und 18 an allen Stellen im wesentlichen gleich der Netzspannung abzüglich dem Spannungsabfall, der sich durch das Fließen des Stroms durch eine bestimmte Länge des Leiters 16 oder des Leiters 18 ergibt. Beispielsweise ist die Spannung an dem der Zuleitung 20 benachbarten Ende des Leiters 16 gleich der Netzspannung abzüglich dem Spannungsabfall der von dem die Länge des Leiters 18 durchfließenden Strom herrührt. · In gleicher Weise ist der Spannungsabfall zwischen den Leitern 16 und 18 an dem der Zuleitung 22 benachbarten Ende des Leiters 18 gleich der Netzspannung abzüglich dem Spannungsabfall der von dem die Länge des Leiters 16 · durchfließenden Strom herrührt. Ebenso ist der Spannungs-

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abfall zwischen den Leitern 16 und 18 in der Mitte des Heizstranges 12 gleich der Netzspannung abzüglich dem Spannungsabfall des durch die Hälfte des Leiters 16 und die Hälfte des Leiters 18 fließenden Stromes. Diese Anordnung hat zur Folge, daß auf der ganzen Länge des Heizstranges 12 eine gleichmäßige Wärmeentwicklung stattfindet.

Elektrische Heizdecken werden gewöhnlich in derselben Weise wie unbeheizte Decken über ein Bett und den daraufliegenden Benutzer ausgebreitet. Während der Benutzung und zwischen Benutzungen kann die Decke umgelegt oder mehrmals gefaltet werden. Außerdem wird die elektrische Heizdecke, wenn sie im Ruhezustand aufbewahrt oder wenn sie gewaschen wird, ebenfalls wiederholten Palt- und Umlegevorgängen ausgesetzt. Hinsichtlich auf die an eine elektrische Heizdecke beim normalen Gebrauch gestellten Anforderungen ist es erforderlich, daß der Heizstrang 12 mit den dazugehörenden Leitern 16 und 18, dem PTC-Material 14 und der isolierenden Umhüllung 19 mit passenden Abmessungen und aus geeigneten Materialien hergestellt ist, so daß der Heizstrang wiederholt umgelegt werden kann, ohne zu brechen oder andere Schwierigkeiten zu verursachen. Aber auch bei sorgfältiger Ausbildung und Herstellung des Heizstranges können Fälle eintreten, bei denen ein Bruch oder eine Fehlerstelle an den Leitern 16 und 18 auftritt. Wenn dies eintritt und die Heizdecke mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist, kann an der Bruchstelle eine

Lichtbogenbildung auftreten. Dieser Lichtbogen kann einen Brand des PCT-Materials verursachen.

Um dies zu verhindern, ist die elektrische Heizdecke gemäß der Erfindung mit einer Sicherheitsschaltung 25 versehen, wie sie in Fig. 1 in einem gestrichelten Rahmen angedeutet ist. Die Sicherheitsschaltung enthält eine Schmelzsicherung 26, die mit der Energiezufuhrleitung 20 in Reihe geschaltet ist und dazu dient, den Stromkreis zu unterbrechen, wenn der zu der Heizdecke fließende Strom einen bestimmten Wert überschreitet. Vorzugsweise ist die Sicherung 26 eine träge Sicherung, welche anspricht, falls der Strom für eine Dauer von mehr als 8 Millisekunden den Wert von 2 Ampere überschreitet. Dabei ist es von Bedeutung, daß die Sicherung in der Lage ist, kurzen Stromstößen von mehr als 2 Ampere, wie sie beim Einschalten des PTC-Widerstandsmaterials im kalten Zustand entstehen, widersteht. Es wäre unerwünscht, daß die Sicherung bereits bei solchen Gelegenheiten durchbrennt.

Damit die Sicherheitsschaltung auf überhöhte Spannung an einem der Leiter 16 oder 18 anspricht, sind zwei Neonlampen 28, 30 vorgesehen, die parallel zu den Leitern bzw. 18 angeordnet sind, wie besonders deutlich aus Fig. zu ersehen ist. Die Neonlampen 28 und 30 erfordern eine Spannung von mindestens 65 Volt für ihren Durchbruch_r so daß sie bei normalen Betriebsbedingungen der Decke nicht leitend sind. Den Neonlampen 28 und 30 ist ein licht-

empfindlicher Widerstand 32 zugeordnet. Die beiden Neonlampen und der lichtempfindliche Widerstand 32 sind in einer lichtdichten Umhüllung 34 angeordnet, so daß der lichtempfindliche Widerstand 32 nur auf das von den Neonlampen 28 und 30 herrührende Licht ansprechen kann. Die eine Klemme des lichtempfindlichen Widerstands 32 ist durch eine Leitung 35 mit der Energiezuleitung 22 und seine andere Klemme durch eine Leitung 36 mit dem Gate 38 eines Triac 40 verbunden. Der Triac 40 ist durch Leitungen 42 und 44 an die Energiezuleitungen 20 und 22 angelegt und daher parallel zu dem Heizstrang 12 geschaltet. In Reihe mit dem Triac 40 liegt ein Widerstand von 2 oder 4 Ohm, der den Schutz des Triac 40 und die Steuerung der Ansprechzeit der Sicherung bezweckt.

Um das Waschen der Decke 13 zu ermöglichen, sind trennbare Anschlußverbindungen in den Leitern zwischen der Sicherheitsschaltung 25 und dem Heizstrang 12 in der Decke vorgesehen. Durch diese Anordnung wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Sicherheitsschaltung auch eingeschaltet werden kann, während der Heizstrang 12 nicht mit ihr verbunden ist, wie dies in Fig. 1 und 3 gezeigt ist.

In solchen Fällen kann der in dem Stromkreis vorhandene Leckstrom den Durchbruch der Neonlampen 28 und 30 und den leitenden Zustand des Triac 40 zur Folge haben, der die Sicherung 26 in unerwünschter Weise zum Ansprechen

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bringt. Um dies zu verhindern, sind zwei überbrückungswiderstände 47 von je 1 Megohm parallel zu den Neonlampen 28 und 30 geschaltet. Diese verhindern dann das Ansprechen der Sicherung 26.

Beim normalen Betrieb der Sicherheitsschaltung 25 kann jed-i der beiden Neonlampen 28 oder 30 eine durch einen Leitungsbruch in einem der Leiter 16 oder 18 verursachte Überspannung abfühlen. Wenn solch ein Leitungsbruch auftritt, steigt die Spannung längs des gebrochenen Leiters über den Durchbruchswert von 65 Volt der dazugehörigen Neonlampe, so daß diese aufleuchtet und leitend wird. Ein Aufleuchten der Neonlampe 28 oder 30 hat eine Verminderung des Widerstandswerts des lichtempfindlichen Widerstands 32 zur Folge und läßt den Triac 40 leitfähig werden. Da der Triac 40 und der Begrenzungswiderstand 46 zwischen den Zuleitungen 20 und 22 liegen, verursacht das Leitfähigwerden des Triac 40 einen hohen Strom, der die Sicherung 20 zum Ansprechen bringt. Wenngleich eine träge Sicherung verwendet ist, reagiert die Sicherheitsschaltung 25 rasch genug, um eine Lichtbogenbildung zu verhindern, die andernfalls an dem offenen Stromkreis in dem Leiter 16 bzw. dem Leiter 18 auftreten würde.

Die Sicherung 26 soll eine träge Sicherung sein, damit ihr Ansprechen verhindert ist, wenn einfach nur hohe

Spannungsstoßwellen in der Leitung oder hohe Einschaltströme auftreten, jedoch keine durch einen Leitungsbruch im Leiter 16 oder 18 hervorgerufene Überspannung vorhanden ist. Die Sicherheitsschaltung 25 ist daher ein einfaches und wirksames Mittel zum Unterbrechen der Energiezufuhr zu der Heizdecke 10 im Falle eines Leitungsbruchs oder einer Lichtbogenbildung in einem Leiter 16 und 18.

Als alternative Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1 ist es möglich, mitunter zweckmäßig, statt des lichtempfindlichen Widerstands 32 eine Hochleistungsphotozelle oder einen durch Licht aktivierbaren SCR oder Triac vorzusehen und dadurch den Triac 40 entbehrlich zu machen, wie dies in Fig. gezeigt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine Hochleistungsphotozelle 80 parallel zu dem Heizstrang 12 der Heizdecke an die Zuführungsleitungen 20 und 22 angeschlossen, die einen in Reihe zur Sicherung 26 verlaufenden Kurzschlußweg zwischen den Leitungen 20 und 22 bildet, der zur Wirkung kommt, falls ein Bruch in einem der Leiter 16 oder 18 auftritt. Die Photozelle 80 ist zusammen mit Neonlampen 84 und 86 in eine lichtdichte Umhüllung 82 eingeschlossen, die beiden Neonlampen■ 84 und 86 gelangen in der gleichen Weise zum Durchbruch wie die vorher erwähnten Neonlampen 28 und 30. Die Photozelle wird dann genügend leitfähig, um die Sicherung 26 zum Schmelzen zu bringen und auf diese Weise wird ein besonderer Triac 40, wie er bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 3 vorhanden war, entbehrlich.

Eine weitere mögliche Abwandlung ist die Schaltung nach Fig. 5. Statt der Neonlampen 28 und 30 sind hier Wicklungen 50 und 52 vorgesehen, welche Teile der Bewicklung eines Relais 54 sind, wobei eine der Wicklungen jeweils parallel zu einem der Leiter 16 und 18 geschaltet ist. Das Relais 54 enthält einen Schalter 56/ der zwischen den Zuleitungen 20 und 22 liegt und dazu dient, die Energiequelle über die Sicherung 26 kurzzuschließen, falls einer der Leiter 16 bzw. 18 eine Unterbrechung aufweist. Die Spulen sind einem Kern und einem Anker zum Schließen des Schalters 56 bei einer erhöhten Spannung"zugeordnet, wie sie im Falle eines offenen Stromkreises in einem der Leiter 16 und 18 auftritt. Bei den normalen Betriebsbedingungen der Heizdecke wird kein zum Schließen des Schalters 56 ausreichender Magnetfluß entwickelt. Im Falle eines Leitungsbruchs in einem der Leiter 16 oder 18 aber schließt das Relais den Schalter 56 und ruft einen Kurzschluß durch die Sicherung 26 hervor, so daß die Sicherung anspricht.

In Fig. 6 ist eine Ausfuhrungsform dargestellt, die anstelle von Neonlampen und lichtempfindlichem Widerstand nach Fig. 1 von einem aus drei Elementen bestehenden Gasschalter Gebrauch macht. Wie Fig. 6 zeigt, ist ein Gasschalter 60 parallel zu jedem Leiter 16 und 18 geschaltet. Wie Fig. 7 zeigt, weist jede Röhre 60 drei Klemmen 60a, 60b und 60c auf, die, wie dargestellt, mit den drei Elementen 6Od, 6Oe und 6Of in der Röhre

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verbunden sind. Wenn eine genügend hohe Spannung an die Klemme 60a und 60b gelegt wird, die größer ist als 65 Volt, wird das Gas ionisiert und die Röhre 60 wird leitfähig. Das Element 6d weist einen U-förmigen Bimetallteil 64 auf, der sich bei Beginn der Stromleitung durch die Röhre 60 verbiegt. Diese Verbiegung des Birnetallteils 64 hat die Schließung eines Schalters 66 zur Folge, der die Elemente 6Od und 6Of verbindet. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Klemmen 60a und 60b jeder der beiden Gasentladungsröhren 60 mit entgegengesetzten Enden der Leiter 16 und 18 verbunden, während die Klemme 60c mit der zu der entsprechenden Klemme 60a entgegengesetzten Seite der Leitung verbunden ist.

Wenn das Potential zwischen den Elementen 6Od und 6Oe
den Betrag von 65 Volt erreicht, beginnt die Röhre 60
den elektrischen Strom zu leiten. Dies führt dazu, daß ein mit der Klemme 60a verbundener Bimetallteil 64 sich verbiegt, den Schalter 66 schließt und eine Verbindung zwischen den Klemmen 60a und 60c der Röhre 60 herstellt. Wenn also eine der Röhren 60 einer erhöhten Spannung in einem der Leiter 16 oder 18 ausgesetzt wird, wird die
Röhre leitfähig mit dem Erfolg, daß der Schalter 66 geschlossen und ein Kurzschluß über die Leitung durch die Sicherung 26 hergestellt wird. Das führt zu einem Ansprechen der Sicherung 26 und einer Verhinderung eines jeden Lichtbogens oder Brandes in Verbindung mit dem Leitungsbruch in dem Leiter 16 bzw. 18.

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Fig. 8 ist eine weitere mögliche Ausführungsform zum Aus-• schalten des Heizstranges durch Ansprechen der Sicherung im Falle eines Bruchs in einem der Leiter 16 oder 18 dargestellt. Nach Fig. 8 wird eine thermische Sicherung 70 statt der üblicheren, stromabhängigen Sicherung verwendet. Die thermische Sicherung 70 enthält einen Schmelzleiter 72 und Heizleiter 74 und 76 in enger Nachbarschaft zu dem Schmelzleiter 72. Bei einem Bruch in einem der Leiter 16 oder 18 wird eine höhere Spannung an die Heizleiter 74 bzw. 76 angelegt, die in genügendem Maße Hitze erzeugt, um den Schmelzleiter 72 abzuschmelzen und dadurch den Stromkreis zu öffnen.

Wenngleich hier eine Anzahl verschiedener Ausführungsformen der Erfindung zum Abschalten des Heizstromkreises einer Heizdecke bei Leitungsbruch eines der Leiter in dem Heizstrang beschrieben wurde, so dienen doch alle diese verschiedenen Ausführungsformen zum Vermeiden einer Lichtbogenbildung und eines Brandes oder Verschmorens eines PTC-Heizleiters.

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Claims

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Patentansprüche

Sicherheitsschaltung für eine elektrische Heizdecke mit einem biegsamen Heizstrang, bei dem zwei parallele, in ein Heizwiderstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten eingebettete elektrische Leiter von einer gemeinsamen Hülle aus elektrisch isolierendem Material umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende jedes der beiden Leiter (16, 18) von entgegengesetzten Enden des Heizstranges (12) aus diesem heraus zu einer Netzanschlußverbindung (20 bzw. 22) geführt ist, daß in der Netzanschlußverbindung (20) eines der Leiter (16) ein Stromunterbrecher (26) angeordnet ist und daß jedem der beiden Leiter (16, 18) ein Fühlerkreis (25) parallel geschaltet ist, der dazu dient, bei etwaigem Auftreten einer Stromkreisöffnung durch Leitungsbruch od.dgl. in einem der Leiter (16, 18) eine öffnung des Stromunterbrechers (26) zu veranlassen.
2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ende der beiden Leiter (16, 18) an den entgegengesetzten Enden des Heizstranges (12) aus diesem herausgeführt ist.
3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter (16, 18) solche niedrigen Widerstandes sind, so daß die Heizwirkung vorwiegend mittels des Heizwiderstandsmaterials (14) mit positivem Temperaturkoeffizienten zustandegebracht wird.
4. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrang (2) in gewundener Form zwischen verschiedenen, einen Abstand voneinander aufweisenden Gewebelagen der Heizdecke auf deren Gesamtfläche gleichmäßig verteilt angeordnet ist.
5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromunterbrecher eine träge Schmelzsicherung (26) und der Fühlerkreis (25) eine den Heizstrang (12) bei erheblicher Zunahme der Spannung längs eines der beiden Leiter (16, 18) kurzschließende Schaltvorrichtung (40) aufweist.
6. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Enden der beiden Leiter (16, 18) verbundene Fühlerkreis (25) ein

parallel zu jeweils einem dieser Leiter angeordnetes spannungsempfindliches Element (28, 30) enthält, das den bei einem etwaigen Bruch des zu ihm parallel geschalteten Leiters entstehenden Spannungsanstieg abfühlt und daß die Schaltvorrichtung (40) in Reihe mit der Sicherung (26) und parallel zu dem Heizstrang (12) angeordnet ist, so daß bei ihrem Ansprechen in Abhängigkeit von dem spannungsempfindlichen Element der Stromfluß durch die Sicherung (26) erhöht und die Sicherung zum Ansprechen gebracht wird.
7. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindlichen Elemente aus Neonlampen (28, 30) bestehen, die bei einer Spannung, die größer ist als der Spannungsabfall auf der Länge eines jeden der Leiter (16, 18) leitend werden, und daß ihnen je ein lichtempfindlicher Widerstand (47) zugeordnet ist, der dazu dient, die Schaltvorrichtung (40) im Falle einer Unterbrechung eines der Leiter zu betätigen.
8. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus einem zu dem Heizstrang (12) parallel geschalteten Triac besteht.
9. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial mit dem positiven Temperaturkoeffizienten ein solches

ist, das, wenn es durch einen zwischen den Enden eines gebrochenen Leiters gebildeten Lichtbogens erhitzt wird, zum Glühen kommt und sich entzündet, und daß die als Stromunterbrecher vorgesehene träge Schmelzsicherung eine so langsame Ansprechcharakteristik hat, daß sie durch von den spannungsempfindlichen Elementen abgefühlte, von der normalen Spannung verursachte Wanderwellen oder Ausgleichsvorgänge unbeeinflußt bleibt, aber im Falle eines offenen Stromkreises in den Leitern vor der Entzündung des Widerstandsmaterials mit dem positiven Temperaturkoeffizienten eine momentane Betätigung der Schaltvorrichtung (40) bewirkt, welche die Stromkreisunterbrechung mittels der Sicherung auslöst.
10. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindlichen Elemente Spulen eines Relais aufweisen, das einen parallel zu dem Heizstrang und in Reihe mit der Sicherung angeordneten mechanischen Schalter enthält.
11. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gasentladungsröhren als spannungsempfindliche Elemente vorgesehen sind, welche leitend werden, wenn die Spannung den normalen Spannungsabfall längs eines der Leiter überschreitet, und daß die Schaltvorrichtung einen Bimetallschalter in

jeder der Gasentladungsröhren aufweist, der beim leitenden Zustand in jeweils einer der Röhren anspricht, so daß der Bimetallschalter in der leitenden Röhre geschlossen wird und die Schmelzsicherung dazu bringt, den Stromkreis zu unterbrechen.
12. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindlichen Elemente Heizelemente sind, die in enger Wärmeübertragungsverbindung zu der Schmelzsicherung angeordnet sind,'und daß die Schmelzsicherung den Stromkreis in Abhängigkeit von einem durch eine Unterbrechung eines der Leiter verursachten Spannungsüberhöhungszustand öffnet.
13. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem spannungsempfindlichen, parallel zu jedem Leiter angeordneten Element ein stromempfindliches, in Reihe zu dem Anschluß und dem Heizstrang angeordnetes Element vorgesehen ist, und daß eine durch das spannungsempfindliche Element betätigte Vorrichtung zum Kurzschließen des Heizstranges vorgesehen ist, durch welche die stromabhängige Vorrichtung veranlaßt wird, den Stromkreis außerhalb des Heizstranges zu unterbrechen, wenn eine Leitungsunterbrechung in einem der Leiter auftritt.