DE3137754A1

DE3137754A1 - Schutzschaltung fuer elektrisch beheizte gebrauchsgegenstaende

Info

Publication number: DE3137754A1
Application number: DE19813137754
Authority: DE
Inventors: George C. 60093 Winnetka Ill. Crowley
Original assignee: Sunbeam Corp
Current assignee: Sunbeam Corp
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-09-23
Publication date: 1982-08-05
Also published as: FR2493625A1; AU541235B2; CA1162598A; MX149865A; GB2086676B; AU7701481A; NZ197765A; GB2086676A; JPS57105989A; FR2493625B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für elektrisch beheizte Gebrauchsgegenstände mit einer tragenden Unterlage, die von einem mit Wechselstrom zu speisenden Heizleiter durchquert ist. Es kann sich dabei beispielsweise um eine elektrische Bettdecke, ein elektrisches Heizkissen, einen Heizmuff, einen beheizten Stiefel, ein beheiztes Kleidungsstück od. dgl. handeln. Die tragende Unterlage für den Heizleiter kann dabei ein Gewebebezug sein.

Frühere Schutzschaltungen dieser Art sind Gegenstand der U.K.-Patentanmeldung Nr. 2 028 6O8A. Bei jeder dieser früheren Schutzschaltungen sind ein mit Wechselstrom zu speisender Heizleiter und ein gegen diesen durch temperaturempfindliches Material elektrisch isolierter Fühlleiter I^ vorgesehen. Bei manchen dieser Ausführungsformen hat das Schmelzen des temperaturempfindlichen Materials bei Überhitzung zur Folge, daß der Fühlleiter und der Heizleiter in Kontakt miteinander kommen. Ähnliche Anwendungen temperaturempfindlichen Materials sind in den U.S.-Patent-Schriften 3 493 727 und 3 628 093 und in der britischen Patentschrift 1 155 118 und 1 456 684 beschrieben.

.Bei den in der U.K.-Patentanm. 2 028 6O8A angegebenen Schutzschaltungen sind eine erste Diode und ein erster Widerstand in Reihenschaltung zwischen einem Ende des Heizleiters und dem Fühlleiter angeordnet, eine zweite Diode und ein zweiter Widerstand sind in Reihenschaltung zwischen dem anderen Ende des Heizleiters und dem Fühlleiter ange-

ordnet und die beiden Dioden sind so gepolt, daß das Fließen eines Stroms im Nebenschluß an dem Heizleiter vorbei über die beiden Dioden nicht möglich ist. Die Widerstände sind thermisch mit einer Schmelzsicherung gekoppelt, die so geschaltet ist, daß_s wenn sie genügend erhitzt wird, der Heizleiter abgeschaltet wird.

Bei den Schutzschaltungen nach der U.K.-Patentanmeldung 2 028 6O8A hat ein Überhitzungszustand an jeweils einem äußersten Ende des Heizleiters das Schmelzen der Isolierschicht zwischen dem Fühlleiter und dem Heizleiter zur Folge, so daß Halbwellen des den Heizleiter speisenden Wechselstroms über den Fühlleiter, den jeweiligen Widerstand und die dazugehörende mit dem entgegengesetzten Ende des Heizleiters verbundene Diode durchfließen können_s so daß die Schmelzsicherung von dem stromdurchflossenen Widerstand aufgeheizt wird. Der andere Widerstand führt keinen Strom, da an ihm keine Spannung liegt. Eine Überhitzung an einer mittleren Stelle des Heizleiters ermöglicht, daß Strom abwechselnd über die entsprechenden Widerstände fließt. Außerdem sind die Dioden mittels der Widerstände gegen Stromstöße in Gegenrichtung geschützt.

Anderere interessierende Schutzschaltungen sind in der U.K,-Patentanmeldung 2 028 6O7A angegeben. Bei diesen ist ein Fühlleiter von einem ersten Heizleiter durch temperaturempfindliches Material elektrisch isoliert«, das in gleicher Weise schmelzen kann, und außer dem ersten Heizleiter ist ein zweiter Heizleiter vorgesehen und an einem Ende

mit dem ersten Heizleiter so verbunden, daß eine Spannung, die an die beiden mit Wechselstrom gespeisten Heizleiter angelegt wird, geteilt wird. Auch sind die beiden Enden des Fühlleiters mit dem entgegengesetzten Ende des zweiten Heizleiters über einen Widerstand verbunden, der mit einer Schmelzsicherung thermisch gekoppelt ist. Bei einer solchen, in Fig. 3 der U.K.-Patentanmeldung 2 028 6O7A gezeigten Schutzschaltung ist eine Diode zwischen den Heizleitern angeordnet.

Wie in den U.K.-Patentanmeldungen 2 02 8 6O7A und 2 028 608a erörtert, haben einige Arten temperaturempfindlicher Materialien negativen Temperatur-Widerstandskoeffizienten. Näheres darüber findet sich in den U.S.-Patentschriften 2 581 212, ? 846 559 und 2 846 56O.

Andere hier interessierende Schutzschaltungen sind in einer U.S.-Anmeldung Serial No. 155 033 vom 30. Mai 198O angegeben.

Weitere Literatur findet sich in den U.S.-Patentschriften 2 195 958, 4 205 223 und in der britischen Patentschrift 1 566 OO5 und den französischen Patentschriften 2 406 330, 2 4o8 932 und 2 4l6 6II.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte Schutzschaltung für elektrische Gebrauchsgegenstände der zur Rede stehenden Art mit einer tragenden Unterlage und einem Heizleiter geschaffen, der diese durchsetzt und mit Wechselstrom gespeist werden kann. Wie schon erwähnt, kann die tragende Unterlage eine Stoffgewebehülle

sein, innerhalb deren der Heizleiter ausgebreitet bzw. verteilt ist.

Diese Schutzschaltung weist einen Fühlleiter auf, der zusammen mit dem Heizleiter ausgebreitet und verteilt und gegenüber diesem durch eine Isolierschicht getrennt und elektrisch isoliert ist, die eine Schmelztemperatur aufweist, welche einem Überhitzungszustand des elektrischen Gebrauchsgegenstandes entspricht, und mit dem Heizleiter so zusammengewickelt ist, daß ein elektrischer Kontakt zwischen Fühlleiter und Heizleiter zustandegebracht wird, wenn mindestens ein Teil der Isolierschicht zwischen dem Heizleiter und dem Fühlleiter schmilzt.

Die verbesserte Schutzschaltung enthält, ganz allgemein ausgedrückt, eine thermische Schaltvorrichtung, die den Heizleiter ausschaltet, wenn er ausreichend erhitzt ist, und einen Hilfsheizleiter, der mit der thermischen Schaltvorrichtung thermisch gekoppelt ist und der an seinem einen Ende mit dem Fühlleiter verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die thermische Schaltvorrichtung eine schmelzbare Verbindungsstelle, die sich öffnet, wenn sie genügend erhitzt wird. Wahlweise kann statt dessen die thermische Schaltvorrichtung ein Schalter mit Temperaturauslösung sein, der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist.

Die Schutzschaltung enthält eine erste Diode, die zwischen einem Ende des Heizleiters und einem zweiten Ende des Hilfsheizleiters angeschlossen ist, eine zweite Diode,

die zwischen einem zweiten Ende des Heizleiters und dem zweiten Ende des Hilfsheizleiters angeschlossen ist, so daß kein Strom an dem Heizleiter durch die beiden Dioden vorbeifließen kann, und einen Kondensator, der zu dem Heizleiter parallelgeschaltet ist, so daß bei einem Überhitzungszustand., der zumindest einen Teil der Isolierschicht zum Schrae]zen bringt, ein elektrischer Stromkreis durch den Hilfsheizleiter geschlossen wird, der auf diese Weise in die Lage versetzt wird, die thermische Schaltvorrichtung genügend zu erwärmen, so daß sie den Heizleiter abschalten kann, und so daß der Kondensator die beiden Dioden gegen Beschädigung durch umgekehrte Spannungsspitzen schützt.

Statt dessen kann wahlweise ein elektromagnetisches Relais vorgesehen sein, dessen Kontakte normalerweise geschlossen sind und dessen Wicklung magnetisch mit den Kontakten gekoppelt ist, und das so in der Schaltung angeordnet ist, daß es den Heizleiter abschaltet, wenn die Wicklung genügend Strom führt, so daß die Kontakte geöffnet werden. Ein solches elektromagnetisches Relais kann an die Stelle der thermischen Schaltvorrichtung und des Hilfsheizleiters treten, so daß ein Überhitzungszustand, der zumindest einen Teil der Isolierschicht zum Schmelzen bringt, einen elektrischen Stromkreis über die Wicklung des Relais schließt, der genügend Strom führt, um die Kontakte des Relais zu öffnen und so den Heizleiter abzuschalten.

Ferner kann die Isolierschicht aus einem ausgewählten Material mit negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten bestehen, so daß ein weniger schwerwiegender Überhitzungs-

zustand zur Folge hat, daß die Isolierschicht einen Leckstrom durch den Hilfsheizleiter oder ggf. durch die Relaiswicklung fließen läßt, bevor die Isolierschicht schmilzt.

Bei einem Überhitzungszustand an dem ersten Ende des Heizleiters führen der Hilfsheizleiter und die zweite Diode Halbwellen (von einer Polarität) des Wechselstroms, mit dem der Heizleiter gespeist wird. Bei einem Überhitzungszustand an dem zweiten Ende des Heizleiters führen der Hilfsheizleiter und die erste Diode Halbwellen (der entgegengesetzten Polarität) dieses Wechselstromes. Bei einem Überhitzungszustand in einem mittleren Teil des Heizleiters führen der Hilfsheizleiter und die zweite Diode Halbwellen der ersten Polarität . des Wechselstromes, und der Hilfsheizleiter und * die erstgenannte Diode führen Halbwellen der entgegengesetzten Polarität dieses Wechselstromes.

Vorteilhafterweise leitet der Kondensator, da umgekehrte Spannungsspitzen höhere Frequenzen als die Netzfrequenz aufweisen und der kapazitive Widerstand des Kondensators sich umgekehrt mit der Frequenz ändert, vorzugsweise die umgekehrten Stromspitzen, so daß die Dioden gegen Beschädigung geschützt werden.

Im folgenden werden die Erfindung, deren Ausführungsmöglichkeiten und die damit verbundenen Vorteile anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Ansicht eines Stückes eines koaxialen Kabels mit einem Heizleiter, einem Fühlleiter und den dazugehörigen Isolierschichten, wie es in einer elektrischen

IC) -

Heizdecke, einem elektrischen Heizkissen oder einem anderen elektrisch beheizten Gebrauchsgegenstand verwendet werden kannj

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1 mit Blick in Pfeilrichtung und in einem größeren Maßstab; Fig. 2 zeigt zugleich andeutungsweise eine Hülle oder einen Bezup aus Stoffgewebe, in dem das koaxiale Kabel verteilt und ausgebreitet ist;

Fig. 3 ein Schaltschema einer Schutzschaltung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines koaxialen Kabels, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein etwas abgewandeltes Schaltschema der Schutzschaltung mit einem koaxialen Kabel nach den Fig. 1 und 2 als weiteres Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines thermischen Schalters mit einer schmelzbaren Verbindungsstelle, der bei einer Schutzschaltung gemäß Fig. 3 oder ¹J anwendbar ist;

F i g . 6 und 7 zeigen SchaltSchemen anderer Ausführungsformen einer Schutzschaltung gemäß der Erfindung, bei denen ein koaxiales Kabel nach Fig. lund 2 angewendet werden kann.

Bei einer Schutzschaltung gemäß der Erfindung kann ein koaxiales Kabel 10 benutzt werden, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ähnlich früheren koaxialen Kabeln, wie sie beispielsweise in den U.S.-Patentschriften 3 628 093

und 3 ^93 727 beschrieben sind. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist das koaxiale Kabel IO in einem Netzwerk von serpentinartigen Kanälen, von denen einer im Querschnitt gezeigt ist, in einer fragmentarisch angedeuteten Stoffhülle l4 einer elektrischen Heizdecke verteilt und ausgebreitet, bei der es sich um eine elektrisch beheizte Bettdecke oder eine elektrisch beheizte Unterbettdecke handeln kann.

Das koaxiale Kabel 10 enthält einen aus Textilfasern bestehenden Kern 16 mit zahlreichen gezwirnten Strängen, einen ersten Leiter 18, der fest um den Textilfaserkern l6 gewickelt ist, eine isolierende Schicht 2O₃ die den ersten Leiter 18 umgibt, ihn elektrisch isoliert und bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt, die einem überhitzungszustand der Heizdecke entspricht, einen zweiten Leiter 22, der fest um die Isolierschicht 20 gewickelt ist, so daß er in elektrischen Kontakt mit dem ersten Leiter 18 gezogen werden kann, wenn wenigstens ein Teil der Isolierschicht 20 zwischen den beiden Leitern 22 und lS schmilzt, und einen Isoliermantel 2k, der den zweiten Leiter 22 umgibt und ihn elektrisch isoliert.

Der erste Leiter 18 und der zweite Leiter 22 sind vorzugsweise Flachdrähte von Rechteckquerschnitt und vorzugsweise in Form von Wendeln mit entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelt, wobei der erste Leiter 18 als rechtsgängige Wendel gewickelt ist. Nach der Darstellung in Fig. 1 ist die Steigung der Wendel des zweiten Leiters 22 größer als die des ersten Leitern 18. olatt derjr'.en könnten dor ernte

Leiter l8 und der zweite Leiter 22 statt Flachdrähten von Rechteckquerschnitt auch Drähte von kreisrundem Querschnitt sein. Ferner könnten der erste Leiter 18 und der zweite Leiter 22 auch als Wendel mit gleichem Wicklungssinn ge- -wickelt sein, wie in der U.S.-Patentschrift 3 193 727 angegeben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann der zweite Leiter 22, der als Fühlleiter dient, aus gewöhnlichem Signaldraht mit geringem Widerstand pro Längeneinheit bestehen, wogegen der erste Leiter 18 aus üblichem Heizdraht mit hohem Widerstand pro Längeneinheit besteht, der in einem gewünschten Ausmaß Wärmeenergie abgibt.

Bei der statt dessen möglichen Ausfuhrungsform gemäß Fig. ^ ist der zweite Leiter 22, der bei einer Arbeitsweise dieser Anordnung als Fühlleiter und bei einer anderen Arbeitsweise als Heizleiter dient, vorzugsweise aus ähnlichem Heizdraht, jedoch mit unterschiedlichem Widerstand pro Längeneinheit hergestellt, so daß Wärmeenergie in unterschiedlichem Ausmaß abgegeben wird. Ein Heizleiter kann auch als Fühlleiter dienen.

Die Isolierschicht 20 kann aus Polyäthylen oder einem Material mit gleichwertigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften bestehen, insbesondere einer Schmelztemperatur, die dem Überhitzungszustand einer elektrischen Heizdecke entspricht. Handelt es sich bei dem elektrisch beheizten Gebrauchsgegenstand um eine elektrische Heizdecke, so kann ein Polyäthylen mit niedriger Dichte und einer

Schmelztemperatur von etwa 110° C bis 121 C für die Isolierschicht 20 verwendet werden und der Textilfaserkern 16 kann aus zahlreichen gezwirnten Strängen von Raydnfaser (Zellulosefaser) oder einem gleichwertigen Material hergestellt sein. Wegen des in dem koaxialen Kabel 10 herrschenden radial von innen nach außen abnehmenden Temperaturgefälles können der Isoliermantel 2k und die Isolierschicht 20 aus dem gleichen Material bestehen. Statt dessen kann aber der Isoliermantel 20 auch aus einem anderen Material hergestellt werden, das eine Schmelztemperatur oder eine Verglasurigstemperatur hat, die wesentlich größer ist als die Schmelztemperatur der Isolierschicht 20. Bei einer elektrischen Heizdecke kann Polyvinylchlorid mit einer Verglasungstemperatur von etwa 1^9 bis l66° C für den Isoliermantel 2k verwendet werden.

Ein thermischer Schalter 60, wie er bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und auch bei der Ausführungsform nach Fig. k verwendet werden kann, ist in Fig. 5 perspektivisch dargestellt. Der thermische Schalter 60 weist eine Schaltplatte 62 aus starrem Isoliermaterial üblicher Art, einen Bronzesockel 64 mit flacher Oberseite 66 und nach unten gekröpften Seitenwänden 68 mit Halteflanschen 70 auf, mit denen er durch Niete 72 auf der Schaltplatte 62 befestigt ist. Der thermische Schalter 60 enthält ferner einen Bronzestreifen 7^, der einen Halteflansch 76, einen kontaktgebenden Flansch 78 und ein dazwischenliegenden gekrümmten Mittelstück 80 aufweist und auf dei· Scha) Lp.lnt.tt* 6;.^} durch

ein den Halteflansch 76 durchsetzendes Niet 82 befestigt ist. Der Bronzesockel 64 und der Bronzestreifen 74 sind gute Leiter für Wärme und elektrischen Strom. Der BronzeiJtrc-i ί'ι-·ΐι 7'I , der· a 1:; H 1 aLl. feder wirkt, hat entsprechende Pederungseigenschaften.

Der kontaktgebende Flansch 78 ist mit der flachen Oberseite 66 durch eine eutektische Legierung als Lötmaterial verbunden, das einen schmelzbaren übergang 84 bildet, der sich bei genügender Erhitzung öffnet und unter normalen Arbeitsbedingungen nicht zurückgestellt werden kann. Die eutektische Legierung kann aus 63 Teilen Zinn und 37 Teilen Blei zusammengesetzt sein, so daß sie bei etwa 183° C schmilzt. Solches Lötmaterial ist im Handel erhältlich (Hersteller: Newark Electronics Div., Premier Industrial Corporation). Der Bronzestreifen 74 hat eine solche Vorspannung, daß er sich von dem Bronzesockel 64 trennt, wenn die Übergangsstelle 84 schmilzt.

Thermische Schalter mit entsprechenden schmelzbaren Übergangsstellen können Schmelztemperaturen bis herab zu 60° C haben und sind im Handel erhältlich unter der Warenbezeichnung "Microtemp" (Emerson Electric Company, Micro Devices Division).

Ein Hilfsheizleiter 88, der ein gewöhnlicher Kohlewiderstand oder ein Widerstand aus gewickeltem Draht mit Anschlußleitungen 88a, 88b sein kann, ist auf dem Schaltbrett 62 mit Gummiringen, welche die Zuleitungen 88a halten, befestigt, so daß er unterhalb der oberen Fläche 66 des Sockels 64

liegt und seine Wärme gut über die auf die schmelzbare Übergangsstelle 84 übertragen kann. Der thermische Schalter 60 und der Hilfsheizleiter 88 können in einer (nicht dargestellten) Schutzkapsel außerhalb der Stoffhülle l'J eingeschlossen sein.

Wie in Pig. 3 gezeigt, kann der Heizleiter 18 aus einer Stromquelle 100 über einen Schalter 122, der ein Ein/Ausschalter, ein auf die Umgebungsbedingungen ansprechender Schalter oder ein beliebiger Schalter anderer Art, wie bei elektrischen Gebrauchsgegenständen üblich, sein kann, mit nicht gleichgerichtetem Wechselstrom gespeist werden. Wenn der Schalter 122 ein auf die Umgebungsbedingungen ansprechender Schalter bei einer elektrischen Heizdecke ist, kann er etwa demjenigen nach der U.S.-Patentschrift 2 195 958 entsprechen.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 3 dient der erste Lei-

Die beiden Enden des zweiten Leiters 22 sind durch eine Nebenschlußverbindung 102 miteinander und über diese Neben-Schlußverbindung mit einer Zuleitung 88a des Hilfsheizleiters 88 verbunden. Die andere Zuleitung 88b des Hilfsheizleiters 88 liegt an einem gemeinsamen Anschluß 10h. Die Nebenschlußleitung 102 bildet zwei parallele Stromwege für den Strom über den Hilfsheizleiter 88. Wenn der zweite Leiter 22 bricht, so daß der eine dieser Wege unterbrochen ist, bildet die Nebenschlußverbindung 102 einen Ausweichweg für den Strom über den Hilfsheizleiter.

Eine erste Diode 110 ist zwischen dem einen Ende l8a des ersten Leiters 18 und dem Hilfsheizleiter 88 angeschlossen. Eine zweite Diode 120 liegt zwischen dem entgegengesetzten Ende l8b des ersten Leiters 18 und dem Hilfsheizleiter 88. Beide Dioden 110 und 120 sind mit dem Hilfsheizleiter 88 durch die gemeinsame Verbindung 104 verbünden. Die jeweiligen Polaritäten der ersten Diode 110 und der zweiten Diode 120 sind so gewählt, daß sie keinen Stromfluß im Nebenschluß an dem ersten Leiter 108 vorbei über eine der beiden Dioden erlauben. Wenn die in Fig. 1 dargestellte Polarität der ersten Diode 110 umgekehrt würde, müßte auch die dargestellte Polarität der zweiten Diode 120 umgekehrt werden.

Eine Überhitzung, die zumindest einen Teil der Isolierschicht 20 zum Schmelzen bringen würde, schließt einen elektrischen Stromkreis über den Hilfshei'zleiter 88, der so in die Lage versetzt wird, den' thermischen Schalter 60 genügend stark zu beheizen, so daß er sich öffnet und den als Heizleiter dienenden ersten Leiter 18 abschaltet.

'Bei einer Überhitzung des einen Endes l8a des ersteh Leiters 18 führen der Hilfsheizleiter 88 und die zweite Diode 120 Wechselstromhalbwellen einer Polarität des den ersten Leiter 18 aus der Quelle 10 speisenden Wechselstromes. Bei der Überhitzung des zweiten Endes l8b des ersten Leiters 18 führen der Hilfsheizleiter 88 und die erste Diode 110 Wechselstromhalbwellen de,r entgegengesetzten Polarität dieses Wechselstromes. Bei Überhitzung

an einer Stelle im mittleren Teil des ersten Leiters führen der Hilfsheizleiter 18 und die zweite Diode 120 Halbwellen der erstgenannten Polarität des Wechselstromes und der Hilfsheizleiter 88 und die erste Diode 110 führen Wechselstromhalbwellen der entgegengesetzten Polarität des Wechselstromes.

Parallel zu dem ersten Leiter 18 ist ein Kondensator 130 angeordnet. Der Kondensator 13O schützt die erste Diode 110 und die zweite Diode 120 gegen Beschädigung durch Spannungsspitzen.

Für jeden Kondensator beträgt die kapazitive Reaktanz in 0hm

c 2 fc rc

worin f die Frequenz in Hertz und C die Kapazität in Farad bedeutet. Wenn also rückläufige Spannungsspitzen höhere Frequenzen als die Netzfrequenz haben und die kapazitive Reaktanz des Kondensators 130 sich umgekehrt mit der Frequenz ändert, leitet der Kondensator 13O rückläufige Stromspitzen vorwiegend so ab, daß die Dioden 110 und 120 gegen Beschädigung geschützt werden.

Bei der wahlweise verwendbaren Ausführungsform nach Fig. 4 macht es ein mehrpoliger Umschalter H^ möglich, noch andere Arbeitsweisen auszuwählen. Bei einer ersten Arbeitsweise dient der erste Leiter 18 als Heizleiter, der Wärmeenergie in einem bestimmten Grade abgibt, und der zweite Leiter 22 dient als Fühlleiter, wie bei der

Ausführungsform nach Fig. 3. Bei einer zweiten möglichen Arbeitsweise dient der zweite Leiter 22 als Heizleiter, der Wärmeenergie in einem unterschiedlichen Grade abgibt, und der erste Leiter 18 dient als Fühileiter. Der Schalter I¹IO hat einen Pol I¹JOa, der zwischen einem Kontakt 14Ob für die erste Arbeitsweise und einem Kontakt I¹IOc für die zweite Arbeitsweise umgeschaltet werden kann und der mit der ersten Diode 110, der einen Seite 130a des Kondensators 130 und der einen Seite 100a der Stromquelle 100 verbunden ist. Der Kontakt I²IOb ist mit der einen Seite l8a des ersten Leiters 18 verbunden. Der Kontakt I¹IOc ist mit einer Seite 22a des zweiten Leiters 22 verbunden.

Der Schalter I¹JO hat ferner einen Pol I¹JOd, der zwisehen einem Kontakt I¹IOe für die erste Arbeitsweise und einem Kontakt I¹IOf für die zweite Arbeitsweise umschaltbar ist und der mit der Anschlußleitung 88a des Hilfsheizleiters 88 an der Nebenschlußverbindungsstelle 102 verbunden ist. Der Kontakt I¹IOe ist mit dem einen Anschluß 22a des zweiten Leiters 22 verbunden. Der Kontakt l40f ist mit dem einen Ende 18a des ersten Leiters 18 verbunden.

Der Schalter I¹IO hat ferner einen Pol I¹JOg₃ der zwischen einem Kontakt l^lOh für die erste Arbeitsweise und einem Kontakt I¹IOk für die zweite Arbeitsweise umschaltbar ist, der mit der Zuleitung 88a des Hilfsheizleiters 88 an der Nebenschlußverbindungsstelle 102 verbunden ist. Der Kontakt I¹JOh ist mit dem entgegengesetzten Ende 22b des zwei-

ten Leiters 22 verbunden. Der Kontakt I¹IOk ist mit dem entgegengesetzten Ende 18b des ersten Leiters 18 verbunden.

Der erste Schalter l40 hat schließlich einen Pol I¹JOp., der zwischen einem Kontakt 1'lOq für die erste Arbeitsweise und einem Kontakt I¹IOr für die zweite Arbeitsweise umschaltbar ist und der mit der zweiten Diode 120, der entgegengesetzten Seite 130b des Kondensators 130 und über den Wärmeschalter 60 und den Schalter 102 mit der entgegengesetzten Seite 100b der Stromquelle 100 verbunden ist. Der Kontakt I¹IOq ist mit der entgegengesetzten Seite 18b des ersten Leiters 18 verbunden. Der Kontakt I¹IOr ist mit der entgegengesetzten Seite 22b des Leiters 22 verbunden.

Der Schalter I¹JO macht es daher möglich ₂ daß der erste Leiter 18 und der zweite Leiter 22 wahlweise als Heizleiter ausgetauscht werden., so daß unterschiedliche Grade von Wärmeabgabe gewählt werden können. Im übrigen aber ist die Ausführungsform nach Fig. ¹J ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 3·

Bei jeder beschriebenen Ausführungsform kann die Stromquelle 100 nicht gleichgerichteten Wechselstrom von 60 Hz mit einer Spannung von 110 bis 120 V abgeben_s wobei der Kohlewiderstand bzw. der gewickelte Widerstandsdraht, welcher als Hilfsheizleiter 88 vorgesehen sind,, so bemessen sein müssen, daß sie die Temperatur der Schmelzlegierung innerhalb angemessener Zeit auf ihren Schmelzpunkt von etwa 183 C anheben, nachdem ein Überhitzungszustand den elektrischen Kontakt zwischen einem Fühlleiter und einem Heizleiter hergestellt hat. Ein Widerstand von 1 oder 2 W

mit einem Widerstandswert zwischen 300 und 3500 Ohm ist ausreichend. Der Kondensator 130 kann eine Kapazität von etwa O₃Ol Mikrofarad haben.

In ähnlicher Weise kann bei 220 bis 2^tO Volt Wechselstrom mit 50 Hz ein Widerstand ausreichend sein, der für 1 oder 2 Watt bemessen ist und einen Widerstandswert zwischen l800 und 8200 0hm aufweist. Die genauen Widerstandswerte hängen von der Ausbildung des thermischen Schalters ab, genauer von der thermischen Leitfähigkeit "bzw. dem Wärmeleitweg zwischen den Widerständen und der schmelzbaren Legierung. Der Kondensator 130 kann eine Kapazität von etwa 0,005 Mikrofarad haben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 kann ein Thermistor l60 mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten anstelle des thermischen Schalters 60 bei der Ausführungsform nach Pig. 3 als thermischer Schalter dienen, sofern er geeignete Eigenschaften aufweist. Der Thermistor l60 ist so geschaltet, daß er den Heizleiter 18 abschaltet, wenn er genügend erhitzt wird, und andererseits den Heizleiter 18 einschaltet, wenn er nach einem solchen Ausschaltvorgang genügend abgekühlt ist. In gleicher Weise kann der Thermistor 160 auch an die Stelle des thermischen Schalters 60 bei der Aus führungs form nach Fig. ¹J treten.

Die Thermistoren mit geeigneten Eigenschaften sind im Handel erhältlich (Lieferant: Raychem Corporation, Menlo Park, Kalifornien) unter der Handelsbezeichnung Poly Switch TM-Wärmebegrenzer. Es handelt sich dabei um Vorrich-

tungen wie temperaturabhängig auslösbare Schaltvorrichtungen zum thermischen Schutz elektrischer Geräte. In der vorliegenden Beschreibung sind unter dem Ausdruck thermische Einrichtungen oder thermische Schalter Vorrichtungen dieser Art und alle gleichwertigen Vorrichtungen sowie thermische Schalter mit Schmelzgli ede.-rn :^r,u verstehen.

,und Anstelle des thermischen Schalters 6O'des Hilfsheiz-

leiters 88 bei der Ausführung form nach Fig. 3 können, wie in Fig. 7 gezeigt, auch ein elektromagnetisches Relais mit normalerweise geschlossenen Kontakten 170 und eine Wicklung l80, die magnetisch mit den Kontakten 170 gekoppelt ist, verwendet werden, wobei die Schaltungsanordnung so gewählt ist, daß der Heizleiter 18 ausgeschaltet wird, wenn die Wicklung 180 genügend Strom für die Öffnung der Kontakte 170 führt. Bei einer überhitzung, die zumindest einen Teil der Isolierschicht 20 zum Schmelzen bringt, wird dann ein elektrischer Stromkreic über die Wicklung l80 geschlossen, die dann genügend Strom für die Öffnung der Kontakte 170 führt, um den Heizleiter 18 auszuschalten.

In ähnlicher Weise kann ein solches Relais auch an die Stelle des thermischen Schalters 60 und des Hilfsleiters 88 bei der Ausfuhrungsform nach Fig. H treten.

Bei einer Ausführungsform wie oben beschrieben kann die Isolierschicht 20 aus einem ausgewählten Material hergestellt werden, das nicht nur eine Schmelztemperatur hat, die einen bestimmten Überhitzungszustand hat,, sondern auch ei rien nejrat i ven Wi dernL.'irxl.". I.ciiifxi'n l.urkoe Π" i ■/. i on ten du f'wr i :-■ I. ,

so daß ein Überhitzungszustand von geringerer Bedeutung zur Folge hat, daß die Isolierschicht 20 einen Leckstrom führt, bevor sie schmilzt.

Bei einer solchen Ausführungsform mit dem thermischen Schalter 60 und.dem Hilfsheizleiter 88 kann ein solcher Strom dazu ausreichen, daß der thermische Schalter 60 öffnet, bevor die Isolierschicht 20 schmilzt, so daß der oder die Heizleiter ohne dauernde Beschädigung der Isolierschicht 20 ausgeschaltet werden. Ist der thermische Schalter 60 einmal geöffnet, so kann er nicht automatisch zurückgestellt werden.

Bei einer solchen Ausführungsform mit Thermistor l60 und Hilfsheizleiter 88 kann ein solcher Strom dazu genügen, um eine Ausschaltung des oder der Heizleiter durch den Thermistor 160 herbeizuführen, bevor die Isolierschicht 20 schmilzt; auf diese Weise wird eine modulierte Kontrolle oder Steuerung des oder der Heizleiter ohne dauernde Beschädigung der Isolierschicht 20 erhalten. Im Gegensatz zu den thermischen Schaltern 60 wird der Thermistor ■po K)O automatisch zurilckgestel J t, wc-nn eine Überhitzung geringeren Ausmaßes vorübergehend auftritt.

Bei einer Ausführungsform mit dem elektromagnetischen Relais, das die Kontakte 170 und die Wicklung 180 aufweist, kann ein solcher Strom dazu ausreichen, daß die Kontakte 170 geöffnet werden, um eine modulierte Steuerung des oder der Heizleiter zu bewirken, ohne daß die Isolierschicht 20 dauerhaft ber.chiidipt wird. Auch ein solches Relais wird

automatisch zurückgestellt, wenn eine vorübergehende Überhitzung vorkommt.

Für eine elektrische Heizdecke mit einer Schutzschaltung irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ein geeignetes Material mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten, z.B. dotiertes Polyvinylchlorids wie es im Handel erhältlich ist (Lieferant: B.F. Goodrich Company, B.F. Goodrich Chemical Division, Independence, Ohio; Warenbezeichnung: GEON Nr. 82726-natural-O24, 0,8$ dotiert mit "Triton X-400" als Dotierungsmittel).

Claims

UNSER ZEICHENIOUR FILE S· 81 'J.09

Sunbeam Corporation,
Chicago, 111. 60 650
.(V.St.A. )

Schutzschaltung für elektrisch beheizte Gebrauchsgegenstände.

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für elektrisch beheizte Gebrauchsgegenstände mit einer tragenden Unterlage, die von einem mit Wechselstrom zu speisenden Heizleiter und einem Fühlleiter durchquert ist, die voneinander durch eine Schicht aus Isoliermaterial getrennt sind, das eine einem überhitzungszustand des Gebrauchsgegenstandes entsprechende Schmelztemperatur aufweist, so daß beim Schmelzen mindestens eines Teils der Isoliermaterialschicht ein elektrischer Kontakt zwischen Fühl 1 ei tor und He i -/Λα i tr r hf-rgentf.-] wird, und bei der eine thermische .Scha lt.vorr i clituiig in Kt* i-

he mit dtm liej ·/.] i-i ter angeordnet .ist, die in Abhängigkeit von der Herstellung eines solchen Kontaktes durch einen Hilfsheizleiterj dessen eines Ende mit dem Fühlleiter verbunden ist, beheizt und zum Ansprechen gebracht wird ^ und den Heizleiter abschaltet, und bei der mindestens eine Diode als Halbwellengleichrichter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Ende (18a) des Heizleiters (18) und dem einen Ende (88b) des Hilfsheizleiters (88) eine erste Diode (110) und zwischen dem zweiten Ende (18b) des Heizleiters (18) und dem gleichen Ende (88a) des Hilfsheizleiters (88) eine zweite Diode (120) angeordnet ist, so daß kein Strom im Nebenschluß über die beiden Dioden an dem Heizleiter (18) vorbeifließen kann, und daß ein Kondensator (130) in Parallelschaltung zu dem Heizleiter (18) und den beiden Dioden (110, 120) angeordnet ist, so daß beim Schmelzen mindestens eines Teils der isolierenden Zwischenschicht (20) ein Stromkreis über den die thermische Schaltvorrichtung (60) beheizenden Hilfsheizleiter (88) geschlossen wird und die den am Heizleiter (18) vorbeiführenden Nebenschlußstrompfad sperrenden Dioden (110, 120) gegen Beschädigung durch Spannungsspitzen geschützt sind.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Schaltvorrichtung ein bei genügender Erhitzung ansprechendes Schmelzglied aufweist.

3- Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Schaltvorrichtung ein elektrischer

Selbstschalter mit Temperaturauslösung und mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten ist. f

^. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeSchnet, daß die isolierende Zwischenschicht einen negativen} Widerstandstemperaturkoef f i ·/.] eilten hat, so dal?, nie bei | einem weniger schwerwiegenden überhitzungszustand von J einem Leckstrom durchflossen wird, bevor sie stellenweise]·

vollständig schmilzt und eine Berührung von Fühlleiter urfd

Heizleiter stattfindet. !

i 5. Schutzschaltung nach'einem der vorhergehenden An-?

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlleiter von |

einem für unterschiedliche Heizleistung ausgelegten zusätzlichen Heizleiter gebildet ist, und daß die für unterschied-

ΐ liehe Heizleistungen ausgelegten Heizleiter mittels eine!

Wahlschalters einzeln je für sich ein- und ausschaltbar |

oder kombinierbar sind. /

6. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden An-I

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturschalf-Vorrichtung ein elektromagnetisches Relais (170) in Reihe mit dem bzw. den Heizleitern geschaltet ist, das dazu di|nt.

diese bei einem vorbestimmten überhitzungszustand in Abhängigkeit von einem Strom abzuschalten, der seine anstelle: eines Hilfsheizleiters angeordnete Relaisspule (180) durchfließt, f 7· Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Αη-ί Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als thermische Schait-•vorrichtung ein von dem Hilf sheizleä ter (88) steuerbarer? Thermistor (l60) vorgesehen ist. ^:-