DE3706184A1 - Sicherheitsschaltung fuer mit wechselspannung betriebene elektrische heiz- oder waermegeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für mit Wechselspannung betriebene elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere schmiegsame Wärmegeräte, mit einer an der Betriebswechselspannung liegenden Serien­ schaltung aus dem Heizleiter des Gerätes und einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter von der Betriebswechselspannung durch ther­ mische Auslösung trennenden Unterbrecherelement, sowie mit einer Sensorleitung, die räumlich parallel zum Heizleiter angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt, wobei die Sensorleitung von dem Heizleiter durch eine Isolierschicht getrennt ist, die bei normaler Betriebstemperatur einen relativ hohen, mit steigender Temperatur abnehmenden Wechsel­ stromwiderstand aufweist und/oder oberhalb einer Si­ cherheitstemperatur schmilzt und wobei ein thermisch auf das Unterbrecherelement einwirkendes Heizglied vorgesehen ist, dessen Heizleistung durch den vom Heiz­ leiter über die Isolierschicht zur Sensorleitung und von dieser zu einem der Anschlüsse der Betriebswechsel­ spannung fließenden Leckstrom gesteuert wird.

Aus der DE-OS 29 33 072 ist eine derartige Schaltung bekannt, bei der das Heizglied von zwei elektrischen Widerständen gebildet ist, deren einer Anschluß je­ weils mit dem einen bzw. dem anderen Ende des Heiz­ leiters verbunden ist und deren beiden anderen An­ schlüsse über zwei mit entgegengesetzter Flußrichtung in Reihe geschaltete Dioden miteinander verbunden sind. Der gemeinsame Anschluß der beiden Dioden steht dabei mit der Sensorleitung in Verbindung.

So lange die Sensorleitung über einen hohen Isolations­ widerstand gegenüber dem Heizleiter getrennt ist, ver­ hindern die entgegengesetzt geschalteten Dioden nahezu jeglichen Stromfluß durch die beiden das Heizglied bil­ denden Widerstände. Sobald jedoch der Isolationgswider­ stand z. B. in Folge einer allgemeinen oder auch loka­ len Erwärmung des Heizleiters hinreichend weit abge­ sunken ist, beginnt ein merklicher Strom jeweils über den einen Widerstand des Heizgliedes, die Diode, den Sensordraht, die Isolierschicht und schließlich den Heizleiter zu fließen, wodurch sich das Heizglied er­ wärmt und bei hinreichender Temperatur entsprechend dem Stromfluß zu einem Abschalten des Unterbrecherelements führt. Je nach dem Ort einer nur lokalen Überhitzung bzw. Beschädigung des Heizleiters kann dieser jedoch einen so großen Vorwiderstand darstellen und somit den Strom durch das Heizglied so begrenzen, daß das Unterbrecherelement erst spät oder überhaupt nicht an­ spricht, so daß bleibende Schäden am Wärmegerät auf­ treten oder gar die Gefahr eines Brandes droht. Dabei ist weiter zu berücksichtigen, daß der Heizleiter an seiner Oberfläche häufig oxydiert ist, wodurch ein zu­ sätzlicher Übergangswiderstand zwischen dem Heizleiter und der Sensorleitung bzw. der Isolierschicht auftritt. Um auch solche unvorhersehbaren, das sichere Abschalten des Gerätes beeinflussende Umstände auszuschließen, müssen für den Heizleiter hochwertige und damit teure Materialien verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicher­ heitsschaltung der eingangs genannten Art so auszubil­ den, daß unabhängig von der jeweiligen Stelle des Ge­ fahrenzustandes im Wärmegerät sowie den Eigenschaften des Heizleiters eine sichere und gegebenenfalls schnel­ le Abschaltung bei drohender Gefahr erfolgt, das Wärme­ gerät also ganzflächig überwacht wird. Dabei soll die Sicherheitsschaltung auch die Möglichkeit zulassen, das Wärmegerät in verschiedenen Leistungsstufen zu schalten bzw. zu regeln.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an die Sensorleitung eine bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms ansprechende Dis­ kriminatorschaltung und/oder eine Verstärkerstufe an­ geschlossen ist, die das Heizglied aus der Betriebs­ wechselspannung mit Strom speist.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß unter normalen Betriebsbe­ dingungen kein oder allenfalls ein geringer Strom durch das Heizglied fließt, wodurch das Unterbrecherelement hinsichtlich seiner Auslösetemperatur relativ empfind­ lich ausgebildet werden kann. Dadurch wird nicht nur ein bedarfsweise rasches Ansprechen des Unterbrecher­ elements bei lokaler Überhitzung, sondern auch bei Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur sicher gestellt. Übergangswiderstände beispielsweise an der Oberfläche des Heizleiters haben praktisch keinen Ein­ fluß auf das Ansprechen der Sicherheitsschaltung im Falle eines Gefahrenzustandes, da der zu überwachende Isolationswiderstand der Isolierschicht wesentlich höhere Werte aufweist als der Übergangswiderstand an der Oberfläche des Heizleiters erreichen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Diskriminator-/Verstärkerschaltung von einem halb­ leitenden Schaltelement wie einem Transistor, Thyristor oder Triac gebildet sein. Dies ergibt einen besonders einfachen und damit störsicheren Aufbau, wobei diese Bauelemente sowohl die Wirkungsweise eines Diskrimi­ nators, als auch die eines Verstärkers in sich ver­ einen, so daß erst bei Unterschreiten eines bestimmten Mindestisolationswiderstandes, d. h. bei Unterschreiten eines entsprechenden Leckstroms der Stromfluß durch das Heizglied einsetzt. Da dieser Stromfluß in Folge der Verstärkerwirkung sofort eine ausreichende Stärke besitzt, ist das zuverlässige und gegebenenfalls rasche Ansprechen des Unterbrecherelements gewährleistet.

In weiter bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Thyristor in Reihe mit dem Heizglied an den gleichspannungsseitigen Anschlüssen eines Brücken­ gleichrichters angeschlossen, dessen wechselspannungs­ seitigen Anschlüsse von der Betriebswechselspannung gespeist werden. Dadurch ist sicher gestellt, daß auch bei Verwendung eines Thyristors bei beiderlei Polarität der Betriebswechselspannung Strom durch das Heizglied fließt. Um dabei auch im Falle eines Kurz­ schlusses im Brückengleichrichter ein Abschalten des Unterbrecherelements zu erreichen, empfiehlt es sich, daß zumindest einer der wechselspannungsseitigen An­ schlüsse des Brückengleichrichters über einen Vorwider­ stand an der Betriebswechselspannung angeschlossen ist, der in thermischer Wechselwirkung mit dem Unterbrecher­ element steht. Zur Vermeidung eines Ansprechens der Sicherheitsschaltung auf kurze, insbesondere aus der Betriebswechselspannung stammende Impulse zu vermeiden, empfiehlt es sich, daß zwischen dem Steueranschluß des halbleitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein Tiefpaßfilter angeordnet ist.

Der Heizleiter und die Sensorleitung sind in bevorzug­ ter Ausführungsform als konzentrische Doppelkordel auf­ gebaut, da auf diese Weise Beschädigungen bzw. lokale Überhitzungen jeder Art in besonders sicherer Weise störungsfrei erfaßt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den Gegenstand nach der Erfindung, dargestellt als Stromlaufplan,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Gegenstands nach Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Sicherheitsschaltung ist für mit Wechselspannung betriebene elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, insbesondere für schmiegsame Wärmege­ räte vorgesehen. Der Heizleiter 1 des im übrigen nicht dargestellten Wärmegeräts liegt in Reihe mit einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter 1 von der Betriebswechselspannung durch ther­ mische Auslösung trennenden Unterbrecherelement 2, wobei die Betriebswechselspannung über einen ein- oder zwei­ phasig trennenden Netzschalter 3 sowie gegebenenfalls über eine Sicherung 4 dieser Serienschaltung zugeführt wird.

Ferner ist eine Sensorleitung 5 vorgesehen, die in in der Zeichnung nicht näher dargestellter Weise räumlich parallel zum Heizleiter 1 angeordnet ist und sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt. Die Sensorleitung 5 und der Heizleiter 1 sind durch eine nur schematisch wiedergegebene Isolierschicht 6 vonein­ ander getrennt, die bei normaler Betriebstemperatur einen relativ hohen, mit steigender Temperatur jedoch abnehmenden Wechselstromwiderstand aufweist. Die Iso­ lierschicht 6 kann alternativ oder auch ergänzend so ausgebildet sein, daß sie oberhalb einer vorgegebenen Sicherheitstemperatur schmilzt, so daß sich zwischen dem Heizleiter 1 und der Sensorleitung 5 ein direkter mechanischer und damit auch elektrischer Kontakt er­ gibt. Schließlich weist die Sicherheitsschaltung ein thermisch auf das Unterbrecherelement 2 einwirkendes Heizglied 7 auf, dessen Heizleistung durch den vom Heizleiter 1 über die Isolierschicht 6 zur Sensorlei­ tung 5 und von dieser zu einem der Anschlüsse 8 der Betriebswechselspannung fließenden Leckstrom gesteuert wird. An die Sensorleitung 5 ist dazu eine Diskrimina­ torschaltung sowie eine Verstärkerstufe 9 angeschlossen, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms anspricht und das Heizglied 7 aus der Be­ triebswechselspannung mit Strom speist.

Im einzelnen ist die Diskriminator- und Verstärkerstufe 9 im Ausführungsbeispiel von einem Thyristor gebildet, der ab einem gewissen Zündstrom in den leitenden Zustand schal­ tet, wodurch die Diskriminatorfunktion gegeben ist. Da der dann durch den Thyristor fließende Strom wesentlich größer sein kann als der Zündstrom, ist auch die Ver­ stärkungsfunktion erfüllt. Ebenso kann stattdessen je­ doch auch ein Transistor oder ein Triac Verwendung fin­ den. Um in beiden Polarisationsrichtungen der Betriebs­ wechselspannung das Heizglied 7 speisen zu können, ist der Thyristor in Reihe mit dem Heizglied 7 an den gleich­ spannungsseitigen Anschlüssen eines Brückengleichrich­ ters 10 angeschlossen. Die wechselspannungsseitigen An­ schlüsse des Brückengleichrichters 10 werden dabei von der Betriebswechselspannung gespeist.

Um auch bei einem möglicherweise in dem Brückengleich­ richter 10 auftretenden Kurzschluß ein Ansprechen des Unterbrecherelements 2 zu erreichen, ist zumindest einer der wechselspannungsseitigen Anschlüsse des Brückengleichrichters 10 über einen Vorwiderstand 11 an der Betriebswechselspannung angeschlossen, der ebenfalls in thermischer Wechselwirkung mit dem Unter­ brecherelement 2 steht. Zur Vermeidung eines Anspre­ chens der Sicherheitsschaltung beim Auftreten kurzer Spannungsimpulse beispielsweise auf der Betriebswech­ selspannung ist zwischen dem Steueranschluß des halb­ leitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein in üblicher Weise aus einem Widerstand 12 und einem Kon­ densator 13 gebildetes Tiefpaßfilter angeordnet. Der aus den beiden Widerständen 14 gebildete Spannungs­ teiler erlaubt eine Anpassung der Ansprechempfindlich­ keit der Schaltung.

Um lokale Überhitzungen oder sonstige Schäden an dem Heizleiter in jedem Fall zuverlässig erfassen zu kön­ nen, sind der Heizleiter und die Sensorleitung in in der Zeichnung nicht näher dargestellter Weise zweck­ mäßig als konzentrische Doppelkordel aufgebaut.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ermöglicht eine Veränderung der Heizleistung in zwei Stufen über eine dem Heizleiter 1 in Reihe geschaltete, über einen Schalter 15 überbrückbare Diode 16.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich dem­ gegenüber lediglich darin, daß zwei Heizleiter 1 vor­ gesehen sind, deren einer das Oberteil und deren an­ derer das Fußteil des Wärmegeräts beheizt. Die zusätz­ lich vorgesehenen Schalter ermöglichen sowohl unter­ schiedliche Arten der Beheizung als auch die Wahl unterschiedlicher Heizleistungen. Dennoch wird die erfindungsgemäße Wirkungsweise der Sicherheitsschal­ tung hierdurch nicht beeinflußt.

Claims (6)

1. Sicherheitsschaltung für mit Wechselspannung be­ triebene elektrische Heiz- oder Wärmegeräte, ins­ besondere schmiegsame Wärmegeräte, mit einer an der Betriebswechselspannung liegenden Serienschal­ tung aus dem Heizleiter des Gerätes und einem im Falle eines Gefahrenzustandes öffnenden, dadurch den Heizleiter von der Betriebswechselspannung durch thermische Auslösung trennenden Unterbrecherelement, sowie mit einer Sensorleitung, die räumlich parallel zum Heizleiter angeordnet ist und sich im wesentli­ chen über dessen gesamte Länge erstreckt, wobei die Sensorleitung von dem Heizleiter durch eine Isolier­ schicht getrennt ist, die bei normaler Betriebstem­ peratur einen relativ hohen, mit steigender Tempe­ ratur abnehmenden Wechselstromwiderstand aufweist und/oder oberhalb einer Sicherheitstemperatur schmilzt, und wobei ein thermisch auf das Unterbre­ cherelement einwirkendes Heizglied vorgesehen ist, dessen Heizleistung durch den vom Heizleiter über die Isolierschicht zur Sensorleitung und von die­ ser zu einem der Anschlüsse der Betriebswechsel­ spannung fließenden Leckstrom gesteuert wird, da­ durch gekennzeichnet, daß an die Sensorleitung (5) eine bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Leckstroms ansprechende Diskriminatorschaltung und/oder eine Verstärkerstufe (9) angeschlossen ist, die das Heizglied (7) aus der Betriebswechselspan­ nung mit Strom speist.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diskriminator-/Verstärkerschal­ tung (9) von einem halbleitenden Schaltelement wie einem Transistor, Thyristor oder Triac gebil­ det ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Thyristor in Reihe mit dem Heiz­ glied (7) an den gleichspannungsseitigen Anschlüssen eines Brückengleichrichters (10) angeschlossen ist, dessen wechselspannungsseitigen Anschlüsse von der Betriebswechselspannung gespeist werden.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest einer der wechselspannungs­ seitigen Anschlüsse des Brückengleichrichters (10) über einen Vorwiderstand (11) an der Betriebswechsel­ spannung angeschlossen ist, der in thermischer Wech­ selwirkung mit dem Unterbrecherelement (2) steht.

5. Sicherheitsschaltung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steueran­ schluß des halbleitenden Schaltelements und der Sensorleitung ein Tiefpaßfilter (12, 13) angeord­ net ist.

6. Sicherheitsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (1) und die Sensorleitung (5) als konzentrische Doppelkor­ del aufgebaut sind.