DE3541151A1

DE3541151A1 - Elektrische heizvorrichtung fuer schmiegsame waermegeraete

Info

Publication number: DE3541151A1
Application number: DE19853541151
Authority: DE
Inventors: Gordon S. Northbrook Ill. Carlson; George C Glenview Ill. Crowley
Original assignee: Sunbeam Corp
Current assignee: Sunbeam Products Inc
Priority date: 1984-12-06
Filing date: 1985-11-21
Publication date: 1986-10-16
Anticipated expiration: 2005-11-22
Also published as: DE3541151C2; GB2168580A; JPS61138485A; GB2168580B; NZ213296A; AU4911985A; FR2574612A1; GB8530116D0; CA1244863A; AU574853B2

Description

4149

Oak Brook, Illinois 60521, Vereinigte Staaten yon Amerika

EI ekt r i sche_He i zvorr i ch tung für £chmJ_egs^a_me_W^£meg_e_r£te

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung für schmiegsame Wärmegeräte, z. B. Heizdecken, Heizkissen und Matratzen, bestehend aus einem Isoliermantel, der einen elastischen Kern aus elektrisch leitendem Material mit positivem Temperaturkoeffiζienten umhüllt und zwei elektrischen Leitern, die voneinander getrennt, im Kern eingebettet und mit dem Netzkabel elektrisch verbunden s i nd.

Schmiegsame Wärmegeräte sind mit einem Auflageüberzug versehen, der ein flexibles elektrisches Heizelement umhüllt. Das Heizelement ist in ein oder mehreren Stofflagen oder in einer Kunststoffhülle eingebettet. Das Heizelement ist mäanderförmig verlegt und überdeckt nahezu die gesamte Fläche der Heizdecke oder des Heizkissens. Der Abstand zwischen den gestreckten Leiterteilen ist sehr gering, so daß die vom Heizelement erzeugte Wärme gIeichmässig über die gesamte Auflagefläche verteilt wird. Die Heizleistung ist in mehreren Stufen regelbar und im Heizkreis ist ein Überhitzungsschutz vorgesehen.

Schmiegsame Wärmegeräte müssen gegen Überhitzung geschützt werden. Di e Überhitzung kann durch einen Kurzschluß oder durch einen örtlichen Wärmestau entstehen. Ein Wärmestau

— 2 ~

. ί.

entsteht bei einer eingeschalteten und unsachgemäß gefalteten Decke oder Kissen. Er kann aber auch bei einem teilweise abgedeckten und nicht benutzten Wärmegerät entstehen, da die Wärme in diesem Fall nicht abgeführt werden kann. Um dies zu verhindern, müssen Sicherheitsvorrichtungen vorgesehen werden. Es ist bekannt, an mehreren Stellen im Bereich des Heizelementes Bi me ta I I-Thermos ⁴^a ten anzuordnen. Die Thermostaten sind mit dem Heizelement elektrisch in Reihe geschaltet. Tritt im Bereich eines Thermostaten im Wärmegerät eine Überhitzung auf, wird der Stromkreis durch den Thermostaten unterbrochen und dab Gerät abgeschaltet. Wenn jedoch eine Überhitzung an einer Stelle des Wärmegerätes auftritt, wo kein Thermostat angeordnet ist, besteht die Gefahr, daß der Strom nicht rechtzeitig abgeschaltet wird, wodurch das Wärmegerät in Brand geraten kann.

Um den oben geschilderten Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, para i IeI zum Heizleiter ei nen we i teren Le i ter als Temperaturfühler anzuordnen. Bei normaler Betriebstemperatur sind diese beiden Leiter gegeneinander isoliert durch einen temperaturempfindlichen Werkstoff, der seinen Widerstandswert, wenn ein Überhitzungszustand eintritt, vermindert, wodurch eine Verbindung zwischen den Leitern geschaffen und der Strom im Leiter unterbrochen w.i rd (US-PS 3,628,093). Diese Schutzschaltung hat den Vorteil, daß keine Birne ta I I-ThermoschaIter verwendet werden müssen, da diese Schalter nur mit geringer elektrischer Leistung belastbar sind und eine übergrosse Ansprechempfindlichkeit aufweisen. Aber auch diese bekannte Schutzschaltung ist nicht vollständig sicher gegenüber Ausfällen. Bei Ausfall

eines oder mehrerer Bauelemente durch Unterbrechung oder Kurzschluß besteht die Möglichkeit, daß das Wärmegerät zu jedem Zeitpunkt eingeschaltet bleibt, selbst wenn ein Überhitzungszustand vorliegt.

Darüber hinaus ist es bei elektrischen Wärmegeräten bekannt Heizelemente zu verwenden, die bei zunehmender Temperatur ihren Widerstand erhöhen und dadurch eine vollautomatische Temperaturregelung ermöglichen. Eine aufwendige Temperaturregelung und Schutzschaltung können dadurch eingespart werden. Im Falle einer Beschädigung des Heizleiters besteht jedoch noch immer die Gefahr, daß es zu einem Kurzschluß und aufgrund der hohen Temperatur der Heizleiter zu einer Entzündung des Wärmegerätes kommen kann. Diese bekannten Heizelemente bestehen aus zwei Heizieitern, die in einem Kern aus einem elektrisch leitenden Material mit positivem Temperaturkoeffizienten, z. B. ein Polymer eingebettet sind (US-PS 4,309,5 96). Die Länge dieser Heize Iemente beträgt ca. 4,5 Meter. Bei einer Metzspannung von 110VoIt ist der Spannungsabfall über die Länge eines Leiters ca. 10 Volt. Die Heizleiter sind parallel geschaltet, so daß zwischen den Leitern gleiches Potential herrscht. Hierdurch erzeugt das Heizelement über seine gesamte Länge eine gleichmässige Wärme. Bei einem Leitungsbruch beträgt der Spannungsabfall über der Bruchstelle ca. 100 Volt, so daß an der Bruchstelle ein Lichtbogen entsteht, der das Polymer in ein brennbares Gas zersetzt. Um dies zu vermeiden, muß durch eine zusätzliche Schutzschaltung die Entstehung eines Lichtbogens bei einem Leitungsbruch unterbunden werden. Eine solche Schutzschaltung ist in der US-PS 4,436,986 offenbart. Eine

zusätzliche Schutzschaltung macht das Wärmegerät zwar sicherer, erfordert aber auch wesentlich höhere Kosten.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung eine Heizvorrichtung bestehend aus zwei elektrischen Leitern, die in einem Kern aus elektrisch Ieitendem Materia I mit positivem Temperaturkoeffizienten eingebettet sind, zu schaffen, bei der zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen zur Verhinderung eines Lichtbogens bei einem Leiterbruch nicht erforderIi ch s ind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Hierdurch wird erreicht, daß zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen nicht erforderlich sind, um bei einem Bruch des Heizleiters die Entstehung eines Lichtbogens an der Bruchstelle zu verhindern. Der Kunststoffkern kann nicht durch einen Lichtbogen in ein leicht entflammbares Gas zerlegt werden. Die Entstehung von Bränden durch Kurzschluß im Heizelement wird sicher verhindert. Da keine zusätzliche Schutzschaltung erforderlich ist, können die Herstel!kosten für ein Heizelement ganz wesentlich im Verhältnis zu den Hers te I I kos ten seitheriger Heizelemente gesenkt werden. Die Unteransprüche zwei bis zehn beinhalten vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gemäß Anspruch 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 - 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben,

Es ze igen:

Figur 1 · eine schematische Darstellung einer Heizdecke mit der erfindungsgemässen Heizung;

Figur 2 einen vergrösserten Querschnitt durch
das Heize lernent;

Figur 3 einen schematisehen Schaltplan für die
Heizdecke gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine Heizdecke 10. Die Heizdecke 10 besteht aus einem Auflageüberzug 13, der mehrere Lagen eines Gewebes umhüllt. Die Gewebe lagen sind miteinander verbunden und umschiiessen ein Heizelement 12. Das Heizelement 12 ist mäanderförmig über einen der Auflagehülle 13 entsprechenden Flächenbereich verlegt. An der
Hülle 13 ist ein Anschlußmodul 14 für das Netζ kabel 2 0 und das Heizelement 12, befestigt. Am Netzkabel 20 ist ein
Netzstecker 22 angeordnet. Das Heizelement 12 besteht wie in Figur 2 dargestellt aus zwei voneinander getrennt
angeordneten elektrischen Heizleitern 24 und 26, die in einem elastischen Kern 28 aus elektrisch leitendem Material, z. B. ein Polymer mit positivem Temperaturkoeffizienten eingebettet sind. Der Kern 28 ist von einem I soli erma-ntel . 30 umhüllt. Die Leiter 24 und 26 besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit, wodurch der im Heizelement 12 erzeugte primäre Heizeffekt im Kern 28 und nicht in den Leitern 24 und 26 wirkt. Im AnschIußmoduI 14 sind die NetzIeitungen 16 und 18 des Netzkabels 20 mit den
elektrischen Anschlußenden 24 a, 24 b und 26 a, 26 b der

Leiter 24 und 26 verbunden. Die Enden 12 a und 12 b des Heizelementes 12 sind in den Anschlußmodul 14 geführt. Bei 32 sind die Anschlußenden 24 a und 24 b des Leiters 24 und die Netzleitung 16 des Netzkabels 20 miteinander verbunden und bei 34 sind die Anschlußenden 26 a und 26 b des Leiters 26 mit der Netzleitung 18 des Netzkabels verbunden. Eine Sicherung 36 ist mit der Netzleitung 16 und dem Leiter 24 in Reihe geschaltet. Figur 3 zeigt einen schematisehen Schaltplan der beispielhaft dargestellten Heizdecke. Die elektrischen Leiter 24 und 26 des Heizelementes 12 sind im Kern 28 eingeoettet. Der elastische Kern 28 besteht aus einem elektrisch leitenden Material mit positivem Temperaturkoeffiζienten (PTCl. Die Wirkungsweise des PTC-Kernes 28 ist durch mehrere paral IeI angeordnete Widerstände 28 a bildlich dargestellt. Die im Heizelement erzeugte I²R-Heizung ist also primär das Ergebnis des Stromes, der durch den PTC-Kern 28 fließt. Bildlich sind die Leiter 24 und 26 durch eine unendliche Anzahl von Widerständen miteinander verbunden. Jeder Leiter bildet einen geschlossenen Kreis, da die Enden jedes Leiters miteinander verbunden sind. Somit fließt ein Strom von der Netz leitung 16 des Netzkabels 20 zu den Anschlußenden 24 a und 24 b des Leiters 24 und von der Netzleitung 18 des Netzkabels 20 zu den Anschlußenden 26 a und 26 b des Leiters 26. Eine Unterbrechung des Stromflusses, z. B. durch einen Leitungsbruch an irgendeiner StelIe der Leiter 24 oder 26, verursacht nur einen minimalen Spannungsverlust, da die beiden Abschnitte der Leiter auch weiterhin miteinander verbunden sind. Ein Bruch in der Leitungsmitte verursacht keinen Spannungsverlust, während bei einem Bruch am Leitungsende der Spannungsverlust nur etwa 10 Volt beträgt, so daß kein Lichtbogen entstehen kann.

Claims

Pa tentansprÜGhe:

E! ekt r i sehe He i zvorr i chtung für schmiegsame Wärmegeräte, ζ. B. Heizdecken, Heizkissen und Matratzen, bestehend aus einem Isoliermantel, der einen elastischen Kern aus elektrisch leitendem Material mit positiven Temperaturkoeffizienten umhüllt, und zwei elektrischen Leitern, die voneinander getrennt im Kern eingebettet und mit dem Netzkabel elektrisch verbunden sind,

dadu£chg£kenn^ejchnet^

daß jeder Leiter (24,26) über seine miteinander verbundenen Anschlußenden (24 a, 24 b) und (26 a, 26 b) einen in sich geschlossenen Kreis bildet, während der Leiter (2'4) mit der Netz leitung (16) und der Leiter (26) mit der Netzleitung (18) elektrisch verbunden sind.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1

dadurch gekenn z__e ί._£_ί2_ί2_£_ί.^.

daß die Widerstände der Leiter (24, 26) und des PTC-Kernes (28) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei einer herkömmlichen Netzspannung von 110V der Spannungsabfa I I bei einem Leiterbruch weniger als 30 Voi t beträgt.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2 dadu£ch9ekenn£e

daß bei einer Netzspannung von 110 Volt die Verlustleistung des Heizelementes 1 bis 4 Watt pro 30,5 cm beträgt.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1

d a d u £_c h g £_k_e_n_n_z__e_j £_h_n__e__t__i_

daß für eine Heizdecke das Heizelement (12) mäanderförmig in einer Gewebeeinlage eingebettet ist, die Länge des Heizelementes (12) mindestens 30,5 Meter beträgt und das Heizelement (12) einen Gesamtwiderstand von 2 0 Ohm hat.
5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1

d a d u r c_h g e k_e |2_£i_£_^ L_£_!2_I2_^_1jl

daß innerhalb eines Heizkissens das Heizelement (12) mäanderförmig in einer elastischen Umhüllung angeordnet ist, seine Länge mindestens 6 Meter beträgt und das Heizelement (12) eine Heiζ Ieistung von ca. 1 Watt pro 10 cm aufweist.
6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1

dad u_r c h g e k £ Π_^η_^._£ j £_!}_Π_^_1.ί-

daß das Heizelement (12) mäanderförmig in einer elastischen Umhüllung eingebettet ist, die Umhüllung planar ausgebildet ist und die vom Heizelement erzeugte Wärme gleichmässig über die Auflagefläche der Hülle verteilt wird.
7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6

d a_d_u_jr c h_ g_e k e_n_n_z_e i ^ In jn ^ t^_

daß die Enden (12 a, 12 b) des Heizelementes (12) einander benachbart angeordnet sind und das Anschlußende (24 a) mit dem Anschlußende (24 b) sowie das Anschlußende (26 a) mit dem Anschlußende (26 b) der Leiter (24, 26) direkt miteinander verbunden sind.
8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeic h_ η e t,

daß die Umhüllung rechteckig ausgebildet ist, die Enden (12 a, 12 b) des Heizelementes (12) mittig aus der Umhüllung austreten und das Heizelement (12) in mehreren Rechteckkurven verlegt ist, wobei sich die langen Schenkel parallel in Austrittsrichtung erstrecken.
9. Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der vorerwähnten Ansprüche

g e k e_n η ζ e i_c h_r>_^ t d_u_£_c_h

-H-

die folgenden Merkmale:

a. mäanderartig verlegtes Heizelement (12);

b. zwei Heizleiter (24, 26) die voneinander getrennt in einem elastischen Kern (28) aus einem elektrisch leitenden Material mit positivem Temperaturkoef f iz i enten eingebettet sind;

c. Mittel zum Verbinden der Anschlußenden (24 a) mit (24 b) und (26 a) mit (26 b), wodurch jeder Leiter (24, 26) einen geschlossenen Kreis b i I de t;

d. Mittel zum Verbinden der Netzleitung (16) mit dem Leiter (24) und der Netzleitung (18) mit dem Le i ter (26);

e. der Widerstand jedes Leiters (24, 26) beträgt weniger als 1/6 des Widerstandes des PTC-Kernes (28).
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9

d_a_d u r c h g e k ej_n n_£_e_J._£_h_O_^e._i.jL

daß bis auf die Enden (12 a, 12 b) des Heizelementes (12) die einzelnen Leiterbahnen räumlich voneinander getrennt sind.