DE3613024A1 - Feuchtefuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtefühler, insbesondere für Elektroheizungen im Außenbereich, beispielsweise Dachrinnenheizungen.

Elektroheizungen im Außenbereich, wie sie außer für Dachrinnen beispielsweise auch für Fußwege, Rampen oder gesamte Dachflächen bekannt sind, ist in sehr vielen Fällen hauptsächlich (nur) die Aufgabe gestellt, so beheizte Flächen trocken zu halten. Die Heizung soll also nur aktiviert werden, wenn die Flächen feucht sind. Einer Feuchtigkeit in diesem Sinne ist Eis oder Schnee gleichzusetzen. Bei einer Steuerung einer Heizung für derartige Flächen nur in Abhängigkeit von der Temperatur stellen sich im Jahresmittel gesehen erheblich höhere Betriebszeiten und damit höhere Energiekosten ein.

Wenn auch die Beheizung derartiger Flächen bevorzugt durch Elektroheizungen vorgenommen wird, so ist doch die Beheizung derartiger Flächen nicht notwendig auf Elektroheizungen beschränkt. Es sind auch Heizungen mit einem Wärmeträgermedium verwendbar. Auch bei letzteren Heizungssystemen kann zur Steuerung der erfindungsgemäße Feuchtefühler verwendet werden.

Zur Steuerung der vorstehend angesprochenen Elektroheizungen bzw. Heizungen im Außenbereich sind bereits Feuchtefühler bekannt geworden, die aus zwei oder mehreren Elektroden bestehen, angeordnet in konzentrischer runder Form, als parallele Streifen oder diagonal in den Eckpunkten von Quadraten oder Rechtecken. Diese Elektroden sind bei den bekannten Feuchtefühlern als Zweig einer Widerstandsbrücke so geschaltet, daß eine Änderung des Widerstands im Elektrodenzwischenraum, auf Grund von durch Feuchtigkeiteinfluß veränderter Leitfähigkeit, in der Meßbrückenschaltung eine Spannungs- und/oder Stromänderung hervorruft, welche in ein verwertbares Steuersignal verwandelt wird. Mittels des Steuersignals wird eine Signaleinrichtung oder ein Relais angesteuert. Die Elektroden des bekannten Feuchtefühlers werden zumeist zusätzlich beheizt, um Eis oder Schnee, die an sich ein Dielektrikum darstellen, über so erzeugtes Schmelzwasser erfassen zu können. So läßt sich der Feuchtefühler gleichzeitig als Schnee- oder Eissensor verwenden.

Die bekannten, zuvor erläuterten Feuchtefühler sind mit einigen Unzulänglichkeiten behaftet. Das Material, das den Elektrodenzwischenraum ausfüllt und gleichsam den Referenzwiderstand darstellt, kann durch Alterung seine Widerstandseigenschaften ändern. Auch kann die Anordnung verschmutzten und dadurch der Widerstand der Elektrodenanordnung stark verändert werden. Es ist sogar möglich, daß ein Kurzschluß hervorgerufen wird, so daß die Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Feuchtigkeit sich stark verändert oder vollkommen wegfällt. Nicht zuletzt sind die bekannten Feuchtefühler relativ kompliziert aufgebaut und bedürfen besonderer Kontrollen bei der Herstellung, da einerseits immer zumindest zwei Elektroden erforderlich sind und andererseits diese immer in einem bestimmten Abstand zueinander unter Gewährleistung eines definierten Dielektrikums angeordnet sein müssen.

Im Hinblick auf die vorerwähnten Unzulänglichkeiten stellt sich der hier beschriebenen Erfindung die Aufgabe, den bekannten Feuchtefühler so auszugestalten und weiterzubilden, daß bei einer möglichst weitgehenden Unempfindlichkeit gegen störende äußere Einflüsse ein einfacher Aufbau gegeben ist und ohne zusätzliche Maßnahmen sowohl Wasser als auch Schnee und Eis erfaßbar sind.

Diese Ausgabe ist gemäß der Lehre der Erfindung zunächst und im wesentlichen gelöst durch ein in einer Hülse angeordnetes, als temperaturabhängiges elektrisches Bauteil ausgebildetes Fühlerelement. Das Fühlerelement wird von einem Meßstrom durchflossen, wodurch es eine gewisse Erwärmung erfährt und auch Wärme abgibt. In einem bestimmten Medium, zum Beispiel Luft, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen erzeugter und abgegebener Leistung ein. Bei einer Änderung der Wärmeabgabe der Hülse an das umgebende Medium, etwa durch eine Einwirkung von Wasser, entsteht eine Temperaturänderung und damit verbunden ergibt sich ein neues Gleichgewicht bei einem anderen Leistungsniveau. Diese Änderung wird von im Inneren der Hülse angebrachten Fühlerelement erfaßt und in ein verwertbares Signal umgesetzt.

Die Hülse, in der das Fühlerelement angeordnet ist, besteht zweckmäßigerweise aus einem wärmeleitenden Material, wie etwa Messing, Kupfer, Aluminium oder dergleichen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann anstatt eines Bauteils für das Fühlerelement auch ein Netzwerk von temperaturabhängigen Bauteilen vorgesehen sein. Hiermit sind beispielsweise Vorteile in der Art verbunden, daß sich eine Mittelwertbildung durchführen läßt, daß ein größerer räumlicher Bereich überwacht werden kann oder daß aus dem Netzwerk auch ein einem Teilbereich entsprechendes Teilsignal gewonnen werden kann.

Wenn auch das Fühlerelement aus einem beliebigen temperaturabhängigen elektrischen Bauteil bestehen kann, so ist auch weiter bevorzugt vorgesehen, daß das Fühlerelement ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand ist.

Als ganz besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang haben sich PTC-Kaltleiter erwiesen, die eine stark nicht lineare Charakteristik besitzen, also eine relativ große Widerstandsänderung erbringen. Auch tritt bei derartig ausgebildeten Fühlerelementen ein Selbstregulierungseffekt ein, der zu einer sehr stabilen, nur in gewissen Grenzen veränderlichen Temperatur führt, die gleichwohl eine große Strom- oder Spannungsänderung hervorruft. Im übrigen wird diese Temperatur - nicht nur bei der Verwendung von PTC-Kaltleitern - vorteilhafterweise so gewählt, daß sie auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen über 0°C liegt.

Im Hinblick auf die weiter oben angesprochene netzwerkartige Anordnung kann eine derartige Anordnung auch speziell so vorgenommen werden, daß mehrere Fühlerelemente in einem begrenzten Bereich so angeordnet sind, daß auch bei Änderung der Umgebungsbedingungen in einem Teilbereich ein entsprechendes Signal gewonnen wird. Dies ist insbesondere bei serieller Schaltung der Fühlerelemente möglich.

Eine besondere Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemäßen Feuchtefühlers ist auch dadurch gegeben, daß eine (beträchtliche Eigenerwärmung des Fühlerelementes Schnee und Eis auf der Hülse ohne zusätzliche Wärmequelle zum Schmelzen bringt. Die aufzubringende Schmelzwärme führt zu einer stärkeren und schnelleren Temperaturänderung als beim Kontakt nur mit Wasser. Daraus läßt sich ein zusätzliches, differenziertes Steuersignal ableiten, welches beispielsweise ausgenutzt werden kann, um die Leistung einer Heizungsanlage zu erhöhen.

Die Anordnung und Bemessung des Fühlerelementes in der bzw. in Bezug auf die Hülse ist grundsätzlich beliebig. Eine nicht zu kleine Hülse kann jedoch etwa im Hinblick auf die Erfassung von Schnee oder Eis vorteilhaft sein. Zufriedenstellende Ergebnisse lassen sich jedenfalls immer dann erzielen, wenn zwischen dem Fühlerelement und der Hülse ein inniger thermischer Kontakt herrscht, wozu zur Kontaktbildung eine gut wärmeleitende Vergußmasse in Form eines Elektrogießharzes oder dergleichen vorgesehen sein kann. Gleichzeitig übernimmt die Vergußmasse die Fixierung des Fühlerelementes und seiner elektrischen Anschlußleitungen.

Bezüglich der Hülse selbst ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, daß rippenartige Gebilde oder Blechsegmente ausgebildet sind, um eine Oberflächenvergrößerung zu erreichen. Dadurch kann der Wärmeaustausch zwischen dem Fühlerelement und dem umgebenden Medium beeinflußt werden, wodurch eine Einstellung der thermischen Leistungsänderung und damit der Widerstandsänderung auf den gewünschten Wert möglich ist.

Nachstehend ist die Erfindung noch an Hand eines Ausführungsbeispieles in Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert, auf der zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Feuchtefühler, in schematischer Darstellung, mit einem Fühlerelement; und

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Feuchtefühler mit mehreren Fühlerelementen.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst ein Feuchtefühler 1, der aus einer Hülse 2 und einem in der Hülse angeordneten Fühlerelement besteht. Das Fühlerelement setzt sich bei dem Ausführungsbeispiel im einzelnen aus einem elektrischen Widerstand 3, elektrischen Anschlüsse 4 und einer Anschlußleitung 5 zusammen. Der elektrische Widerstand 3, die Anschlüsse 4 und ein Teil der Anschlußleitung 5 sind in einem Elektrogießharz 6 eingebettet, das das Innere der Hülse 2 ausgefüllt. Das Elektrogießharz 6 ergibt einen innigen thermischen Kontakt zwischen dem elektrischen Widerstand 3 und der Hülse 2. Gleichzeitig ist dadurch der elektrische Widerstand 3 in seiner Lage fixiert und die Anschlußleitung 5 gehaltert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Feuchtefühler sind im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Mehrzahl von elektrischen Widerständen 3 vorgesehen. Diese Widerstände 3 können beispielsweise in Reihe geschaltet sein. Sie können aber auch, wie weiter oben schon beschrieben, jedoch in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt, auch in Form eines elektrischen Netzwerkes mit den diesbezüglich sich speziell ergebenden Vorteilen, angeordnet und geschaltet sein.

Die Anschlußleitung 5 geht, was in der Zeichnung gleichfalls nicht weiter im einzelnen dargestellt ist, zu einer Auswertestation, in der entsprechende, im Stand der Technik an sich bekannte, Schaltungen zur Erfassung einer Widerstandsänderung in dem elektrischen Widerstand und zur Erzeugung entsprechender Steuersignale vorgesehen sind.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln aus auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedensten Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (7)

1. Feuchtefühler, insbesondere für Elektroheizungen im Außenbereich, bspw. Dachrinnenheizungen, gekennzeichnet durch ein in einer Hülse (2) angeordnetes, als temperaturabhängiges elektrisches Bauteil (3) ausgebildetes Fühlerelement.

2. Feuchtefühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement ein Netzwerk von temperaturabhängigen Bauteilen (3) ist.

3. Feuchtefühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand (3) ist.

4. Feuchtefühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement ein Kaltleiter (PTC- Widerstand) ist.

5. Feuchtefühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Fühlerelemente vorgesehen sind, die in einem begrenzten Bereich so angeordnet sind, daß auch bei Änderung der Umgebungsbedingungen in einem Teilbereich ein entsprechendes Signal gewonnen wird.

6. Feuchtefühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fühlerelement in innigem thermischen Kontakt mit der Hülse (2) befindet und/oder daß zur Kontaktbildung eine gut wärmeleitende Vergußmasse in Form eines Elektrogießharzes (6) oder dergleichen vorgesehen ist.

7. Feuchtefühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Widerstands- bzw. Leistungsänderung der Fühlerelemente oberflächenvergrößernde Maßnahmen an der Hülse (2), insbesondere durch rippenartige Gebilde oder Blechsegmente vorgesehen sind.