DE3735977A1 - Schutzeinrichtung fuer heizleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizleiter mit einem mittels Stromdurchgang erhitzbaren ersten Kabel, welches von einer Kabelisolierung umschlossen ist. Derartige Heizleiter werden in zahlreichen Anwendungsbereichen eingesetzt, um Flächen, auf denen der Heizleiter ausge­ legt ist, gezielt zu erwärmen, wobei das Ausmaß der Er­ wärmung auf einfache Weise durch Steuerung und/oder Rege­ lung des elektrischen Stroms durch den Heizleiter beziehungs­ weise der an den Enden des Heizleiters angelegten elektri­ schen Spannung steuerbar oder regelbar ist.

Der elektrische Heizleiter kann, wenn eine punktuelle Erwärmung gewünscht wird, für sich verwendet werden; dagegen empfiehlt es sich für eine Erwärmung größerer Flächen, etwa bei sogenannten "Heizkissen" für die An­ wendung bei Menschen, oder etwa bei Fußbodenheizungen, den Heizleiter in Flächengebilde einzuarbeiten, beispiels­ weise Folien, aber auch textile Geflechte oder Gewirke, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 35 21 608 bekannt geworden sind.

Insbesondere die aus der DE-OS 35 21 608 bekannte Anord­ nung eines Heizleiters in einem textilen Gewirke, bei welchem der Heizleiter in wellenförmiger Anordnung in dieses Gewirke bereits beim Wirkvorgang eingebettet worden ist, ist vorzüglich zum Auslegen auch größerer oder unregel­ mäßig geformter Flächen geeignet, da das bekannte textile Gewirke aufgrund der besonderen Anordnung des Heizleiters zwischen einzelnen Heizleiterabschnitten aufgetrennt werden kann, um so mit einer Standardbreite des textilen Gewirkes auch hiervon abweichende Flächenbreiten auszulegen, ohne daß eine Auftrennung des Heizleiters erfolgen muß.

An sich ist ein derartiger Heizleiter genügend gut durch die den Heizleiter umschließende Kabelisolierung geschützt. Selbst bei einer Verletzung der Kabelisolierung oder bei einer Durchtrennung des Kabels und der Kabelisolierung des Heizleiters tritt, insbesondere wenn der Heizleiter in einem textilen Gewirke angeordnet ist, keine allzu große Gefahr auf, da die Versorgungsspannung für das Heizleiterkabel nur durch direkte Berührung der Trennstelle selbst zu einer Gefahr führen kann. Der weitaus überwiegende restliche Kabelbereich bleibt durch die Kabelisolierung geschützt. Darüber hinaus wird eine Unterbrechung des Heizleiterkabels relativ schnell festgestellt, da die Heizwirkung dann nicht mehr vorhanden ist.

Dennoch stellt selbstverständlich eine derartige Verletzung oder Durchtrennung der Kabelisolierung ein gewisses Sicher­ heitsrisiko dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den bekannten Heizleiter weiter­ zuentwickeln und einen Heizleiter zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Sicherheit bietet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine übliche Sicherheitseinrichtung, beispielsweise ein zu­ sätzlicher Schutzleiter, nicht zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe geeignet wäre. Ein Heizleiter mit einem zusätzlichen Schutzleiter wäre nämlich praktisch nicht einsetzbar, insbesondere nicht bei einem mit einem Heiz­ leiter versehenen textilen Gewirke. Ein Schutzleiter muß nämlich so ausgelegt sein, daß er in einem Kurzschluß­ fall den gesamten Kurzschlußstrom leiten kann, um so eine Sicherung zur Abschaltung zu veranlassen. Daher müßte ein derartiger Schutzleiter einen relativ großen Querschnitt aufweisen, wodurch ein mit einem Schutzleiter versehener Heizleiter derart biegesteif würde, daß er sich bei der Herstellung nicht in ein textiles Gewirke beim Wirkvorgang einfügen ließe. Darüber hinaus ist zum Ansprechen der Sicherung erforderlich, daß eine gut lei­ tende Verbindung zwischen dem Kabel des Heizleiters und dem Schutzleiter zustande kommt, also praktisch eine Berührung; dies ist jedoch nur in den seltensten Fällen gewährleistet. In allen übrigen Fällen kann es daher zu einem Schaden an dem Kabel des Heizleiters kommen, ohne daß die Sicherung zwischen Kabel und Schutzleiter ansprechen würde.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Schutzfunktion durch einen im Vergleich zum Kabel des Heizleiters dünnen Sensordraht erreicht werden kann, wenn zwischen Sensordraht und das Kabel eine geeignete Schutzschaltung geschaltet wird.

Die Aufgabe wird daher gelöst durch einen elektrischen Heizleiter mit einem mittels Stromdurchgang erhitzbaren ersten Kabel, welches von einer Kabelisolierung umschlossen ist, mit einem elektrisch vom ersten Kabel getrennten Sensordraht, der im wesentlichen parallel zur Längser­ streckung des ersten Kabels verläuft, und mit einer zwischen Kabel und Sensordraht geschalteten Schutzschaltung.

Der im Vergleich zum ersten Kabel dünne Sensordraht beein­ trächtigt die Flexibilität des erfindungsgemäßen Heiz­ leiters nur geringfügig oder praktisch gar nicht. Daher treten bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen elek­ trischen Heizleiters, insbesondere bei dessen Verwendung in textilen Gewirken oder einer Einbettung in Folien und dergleichen, keine Probleme auf.

Falls bei einem elektrischen Heizleiter gemäß der vorliegenden Erfindung die Kabelisolierung bis auf die Oberfläche des Kabels des Heizleiters verletzt wird, ohne daß das Kabel durchtrennt ist, so ist - wie eingangs bereits erwähnt - die Sicherheit zwar beeinträchtigt, jedoch, jedenfalls bei einer genügend trockenen Umgebung, nicht wesentlich. Dies kann sich jedoch bei einer feuchteren Umgebung, etwa schon bei hoher Luftfeuchtigkeit, in für einen Benutzer nicht vorhersehbarer Weise ändern, da dann feuchte Abschnitte des Heizleiters zu Kriechströmen Veranlassung geben können, wodurch eine unter Umständen gefährliche Spannung an Stellen gelangen kann, die von einem Benutzer berührt werden können. Dies kann jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung sicher verhindert werden, da in solchen Fällen die zwischen Kabel und Sensordraht geschaltete Schutzschaltung derartige Betriebszustände feststellt und zumindest eine Warnung abgibt, vorzugsweise jedoch die Spannungsversorgung für das erste Kabel des elektrischen Heizleiters abschaltet.

Die Anordnung des Sensordrahts bezüglich des ersten, vom Strom durchflossenen Kabels kann auf vielfältige Weise erfolgen. Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn der Sensordraht innerhalb der Kabelisolierung, vom Heizleiter beabstandet, angeordnet ist. In diesem Fall kann nämlich der dünne Sensordraht beim Aufbringen der Kabelisolierung auf das erste Kabel in die Kabel­ isolierung eingebracht werden. Für den Verwender des Heizleiters sind in diesem Falle überhaupt keine zusätzlichen Arbeitsgänge erforderlich.

Es kann jedoch auch erwünscht sein, insbesondere wenn ansonsten handelsübliche Heizleiter mit einem Heizleiter­ kabel und einer dieses umschließenden Kabelisolierung verwendet werden sollen, durch den Verwender des elek­ trischen Heizleiters einen Sensordraht nach seinen Anforde­ rungen anzubringen, und hierzu ist vorzugsweise der Sensor­ draht außerhalb der Kabelisolierung des Heizleiters ange­ ordnet.

Eine besonders kompakte Bauweise des Heizleiters ergibt sich, wenn die Kabelisolierung im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und das erste, vom Strom durchflossene Kabel im Kreiszentrum angeordnet ist. Der Querschnitt kann aber auch selbstverständlich eine andere Form aufweisen. So läßt sich insbesondere bei einem in der Kabelisolierung angeordneten Sensordraht die Kabelisolierung im Quer­ schnitt oval ausbilden, wobei das erste Kabel und der Sensordraht jeweils in den voneinander weiter beabstandeten Endabschnitten des Ovals angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine unter Umständen beträcht­ liche Materialeinsparung für das Material der Kabeliso­ lierung.

Um den Heizleiter mit erstem Kabel, Kabelisolierung und Sensordraht noch weiter zu schützen, etwa für erhöhte Sicherungsanforderungen, insbesondere aber dann, wenn der Sensordraht außerhalb der Kabelisolierung des Heiz­ leiters angeordnet ist, wird vorzugsweise eine das erste Kabel, die Kabelisolierung und den Sensordraht außen umschließende Außenisolierung vorgesehen. Diese kann entweder gleich bei der Herstellung des Heizleiters ange­ bracht werden, es kann aber auch ein konventioneller Heizleiter mit erstem Kabel und Kabelisolierung Verwendung finden, der dann beim Verwender mit dem Sensordraht und der Außenisolierung versehen wird; beispielsweise kann die Außenisolierung durch Aufschrumpfen eines Schlauches aus geeignetem Material aufgebracht werden.

Da der Heizleiter im bestimmungsgemäßen Gebrauch naturge­ mäß heiß wird, ist für die Kabelisolierung ein Material erforderlich, welches neben guten Isolationseigenschaften auch die erforderliche Hitzebeständigkeit aufweist. Daher wird vorzugsweise ein Polytetrafluoräthylen-Material (PTFE) verwendet. Dieses Material eignet sich auch besonders gut für die Außenisolierung.

Vorteilhafterweise ist die zwischen das erste Kabel und dem Sensordraht geschaltete Schutzschaltung eine Fehlerstrom­ schutzschaltung (FI-Schutzschaltung), die bei Überschreiten einer festlegbaren Stromschwelle die Stromversorgung für das erste Kabel abschaltet. Hierbei beträgt die Strom­ schwelle für das Ansprechen der Schutzschaltung und somit die Auslösung der Sicherheitsfunktion vorzugsweise etwa 30 mA. Bei einem an einer Netzspannung von 220 V angeschlos­ senen erfindungsgemäßen Heizleiter wird daher bereits bei einem Widerstand von (220 V/30 mA) = 7,3 Kiloohm und darunter die Sicherheitsfunktion ausgelöst. Selbst­ verständlich kann, falls dies erforderlich ist, eine Fehlerstromschutzschaltung verwendet werden, die eine geringere Ansprechschwelle aufweist.

Wie aus den vorangegangenen Erläuterungen deutlich wird, eignet sich der erfindungsgemäße Heizleiter für zahlreiche Anwendungsgebiete, da die Flexibilität des Heizleiters dessen Verarbeitungseigenschaften nur geringfügig oder praktisch gar nicht beeinträchtigt. Daher ist der er­ findungsgemäße Heizleiter insbesondere zur Verwendung bei einem textilen Gewirke, in welches der Heizleiter bei der Herstellung des Gewirkes eingewirkt wird, geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigen:

Fig. 1a und b eine erste beziehungsweise zweite Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Heizleiters jeweils im Querschnitt mit einer im Querschnitt kreisförmigen beziehungsweise ovalen Kabeliso­ lierung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, bei welcher im Gegen­ satz zu den in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ formen ein Sensordraht außerhalb der Kabelisolie­ rung vorgesehen ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizleiters im Querschnitt mit einer Außenisolierung; und

Fig. 4 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizleiters mit einer zwischen Heizleiterkabel und Sensordraht angeschlossenen Fehlerstromschutz­ schaltung.

In Fig. 1a ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Heiz­ leiter 10 im Querschnitt dargestellt, wobei zur Verein­ fachung eine zwischen ein erstes Kabel 12 und einen Sensor­ draht 16 des Heizleiters 10 angeschlossene Schutzschaltung weggelassen ist. Im Zentrum einer im Querschnitt kreisförmigen Kabelisolierung 14 aus Polytetrafluoräthylen ist das erste, von einem Strom durchflossene Heizleiterkabel 12 angeordnet. An der Peripherie der Kabelisolierung 14, jedoch noch von der Kabelisolierung umschlossen, verläuft parallel zum Heizleiterkabel 14 ein im Vergleich zu diesem dünnerer Sensordraht 16.

Eine in Fig. 1b dargestellte weitere vorteilhafte Aus­ führungsform der Erfindung ähnelt der Ausführungsform gemäß Fig. 1a, jedoch ist bei der in Fig. 1b dargestellten Ausführungsform der Querschnitt oval. Im einzelnen ist ein Heizleiter 11 mit einer im Querschnitt ovalen Kabeliso­ lierung 15 aus Polytetrafluoräthylen versehen, welche ein vom Strom durchflossenes Heizleiterkabel 13 sowie einen dünnen Sensordraht 17 umschließt. Das Heizleiter­ kabel 13 und der Sensordraht 17 sind, einander beabstandet gegenüberliegend, in den beiden Endabschnitten des von der Kabelisolierung 15 gebildeten Ovals angeordnet. Wie ein unmittelbarer Vergleich der Fig. 1a und 1b ergibt, ist der Materialaufwand für die Kabelisolierung 15 des Heizleiters 11 geringer als der für die Kabelisolierung 14 des Heizleiters 10.

Ein weiterer Heizleiter 20 ist im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein Heizleiterkabel 22 konzen­ trisch in einer Kabelisolierung 24 aus Polytetrafluor­ äthylen angeordnet, und ein dünner Sensordraht 26 verläuft außerhalb der Kabelisolierung 24 parallel zum Heizleiter­ kabel 22.

Insbesondere für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungs­ form der Erfindung wird vorteilhafterweise eine zusätzliche Außenisolierung vorgesehen, und ein derartiger Heizleiter 30 ist im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt. Ein von einem Strom durchflossenes Heizleiterkabel 32 ist konzen­ trisch in einer im Querschnitt kreisförmigen Kabeliso­ lierung 34 aus Polytetrafluoräthylen angeordnet. Außerhalb der Kabelisolierung 34 verläuft, etwa parallel zum Heiz­ leiterkabel 32, ein dünner Sensordraht 36. Die gesamte Anordnung aus Kabel 32, Kabelisolierung 34 und Sensor­ draht 36 wird von einer Außenisolierung 38 als Hülle umschlossen. Die Außenisolierung 38 kann aus Polytetra­ fluoräthylen bestehen, aber auch aus einem anderen Material, insbesondere bei einer nachträglichen Konfektionierung aus einem Material, welches bei starker Erhitzung schrumpft und sich so eng an die Kabelisolierung 34 und den Sensor­ draht 36 anschmiegt. Allerdings muß die Außenisolierung 38 selbstverständlich zumindest bei der Betriebstemperatur des Heizleiters 30 formstabil sein.

Selbstverständlich ist eine Außenisolierung 38 nicht nur bei einer im Querschnitt kreisförmigen Kabelisolierung 34 anbringbar, sondern im Prinzip bei beliebigen Formen der Kabelisolierung, etwa einer ovalen Querschnittsform, wie sie voranstehend im Zusammenhang mit Fig. 1b beschrieben wurde.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Heizleiter 40, der im übrigen dem Heizleiter 20 gemäß Fig. 2 ent­ spricht. Fig. 4 dient zur Veranschaulichung des Anschlusses einer Schutzschaltung zwischen Heizleiterkabel und Sensor­ draht. Selbstverständlich kann, auf die Fig. 4 entsprechende Weise, eine Schutzschaltung an jeden der in den Fig. 1a bis Fig. 3 dargestellten Heizleiter 10, 11, 20 be­ ziehungsweise 30 angeschlossen werden.

In Fig. 4 ist ein vom Heizstrom durchflossenes Heizleiter­ kabel 42 vorgesehen, welches über seine überwiegende Länge von einer Kabelisolierung 44 umschlossen ist. Ein Ende des Kabels 42 (das linke Ende in Fig. 4) ist frei­ gelegt, um einen Anschluß an eine Schutzschaltung 56 sowie einen Anschluß an einen Pol der Versorgungsspannung (nicht dargestellt) zu ermöglichen. Das andere Ende des Heizleiterkabels 42, welches an den anderen Pol der Ver­ sorgungsspannung angeschlossen wird, ist zur Vereinfachung weggelassen.

Parallel über den gesamten Verlauf des Heizleiterkabels 42 ist ein dünner Sensordraht 46 vorgesehen. Der Sensordraht 46 ist über einen Anschlußpunkt 48 und eine Leitung 52 an einen Eingang der Schutzschaltung 56 angeschlossen, deren anderer Eingang über eine Leitung 54 mit einem Anschlußpunkt 50 des Heizleiterkabels 42 verbunden ist. Bei einer Verletzung der Kabelisolierung 44, die zumindest bis auf die Oberfläche des Kabels 42 hindurchgeht, ist bei einer trockenen Atmosphäre zwischen Kabel 42 und Sensordraht 46 der Widerstand zwischen diesen beiden so groß, daß nur ein äußerst geringer Strom vom Kabel 42 zum Sensordraht 40, durch die Fehlerstromschutzschaltung 56 hindurch und wieder zurück zum Kabel 42 fließt. Ein derartig geringer Strom weit unterhalb der Ansprechschwelle der Fehlerstromschutzschaltung 56 stellt keine Gefahr dar.

Bei einer feuchten Atmosphäre dagegen treten vom Kabel 42 ausgehend aufgrund der besseren Leitfähigkeit infolge der Feuchtigkeit Kriechströme auf, die zu am Heizleiter 40 auftretenden Spannungen führen können, die für einen Benutzer bei Berührung gefährlich sind. Diese aufgrund der Feuchtigkeit bessere Leitfähigkeit führt jedoch auch zu einem erhöhten Strom zum Sensordraht 40, der über die Schutzschaltung 56 sicher erfaßt wird und bei Über­ schreitung der Ansprechschwelle der Fehlerstromschutz­ schaltung 56 dazu führt, daß die Fehlerstromschutzschal­ tung 56 in nicht dargestellter Weise die Versorgungsspan­ nung des Heizleiterkabels 42 abschaltet. Damit ist auch bei derart ungünstigen Bedingungen die Sicherheit des erfindungsgemäßen Heizleiters gewährleistet.

Claims (11)

1. Elektrischer Heizleiter (10) mit einem mittels Strom­ durchgang erhitzbaren ersten Kabel (12), welches von einer Kabelisolierung (14) umschlossen ist, mit einem elektrisch vom ersten Kabel getrennten Sensordraht (16), der im wesentlichen parallel zur Längserstreckung des ersten Kabels (12) verläuft, und mit einer zwischen Kabel (12) und Sensordraht (16) geschalteten Schutzschaltung.

2. Heizleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensordraht (16) innerhalb der Kabeliso­ lierung (14), vom Heizleiter (12) beabstandet, ange­ ordnet ist.

3. Heizleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensordraht (26) außerhalb der Kabeliso­ lierung (24) des Heizleiters (22) angeordnet ist.

4. Heizleiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelisolierung (14, 24, 34) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und das erste Kabel (12, 22, 32) im Kreiszentrum angeordnet ist.

5. Heizleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelisolierung (15) im Querschnitt oval ausgebildet ist und das erste Kabel (13) und der Sensordraht (17) jeweils in den voneinander weiter beabstandeten Endabschnitten des Ovals angeordnet sind.

6. Heizleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine das erste Kabel (32), die Kabelisolierung (34) und den Sensordraht (36) außen umschließende Außenisolierung (38) vorgesehen ist.

7. Heizleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelisolierung (14, 24, 34) aus einem Poly­ tetrafluoräthylen-(PTFE-) Material besteht.

8. Heizleiter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenisolierung (38) aus einem Polytetra­ fluoräthylen-(PTFE-) Material besteht.

9. Heizleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen das erste Kabel (42) und den Sensor­ draht (46) geschaltete Schutzschaltung eine Fehler­ strom-(FI-) Schutzschaltung (56) ist, die bei Über­ schreiten einer festlegbaren Stromschwelle die Strom­ versorgung für das erste Kabel (42) abschaltet.

10. Heizleiter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschwelle etwa 30 mA beträgt.

11. Verwendung eines Heizleiters (10, 20, 30, 40) bei einem textilen Gewirke, in welches der Heizleiter eingewirkt ist.