DE3823280C2 - Elektrisch betriebenes Heizpaneel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Heizpaneel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Nachfolgend wird der Ausdruck "elektrisch betriebenes Heizpaneel" mit der Absicht verwendet, daß darunter auch elektrisch betriebene Einbauheizkörper, Heizdecken, Matratzen und Polster fallen.

Heizvorrichtungen der eingangs genannten Art sind an sich bekannt (GB 2 160 749 A). In der US 4 491 723 ist eine Heizschaltung mit einem Heizleiter, mit einem Sensorleiter und mit einer Trenneinrichtung offenbart, wobei die Trenneinrichtung die Leiter trennt und eine Impedanz aufweist, die mit steigender Temperatur geringer wird und/oder im Falle der Überhitzung schmilzt, um einen Kontakt zwischen den Leitern zu ermöglichen. Aus der DE 29 03 418 A1 ein Heizstromkreis mit einem ersten länglichen Leiter für Heizzwecke und mit einem zweiten länglichen Leiter von im wesentlichen gleicher Länge wie der erste Leiter bekannt, wobei zwischen den beiden Leitern ein diese trennendes Material angeordnet ist, dessen Wechselstromwiderstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. In der DE 19 29 855 B2 ist ein Schutzstromkreis für eine elektrisch beheizte Decke oder ein Kissen offenbart, wobei der Schutzstromkreis ein koaxiales Doppelheizelement, einen inneren und einen äußeren Leiter, von denen mindestens einer über eine Wechselstromquelle verbunden ist, eine mit diesem Leiter in Reihe geschaltete Sicherung und eine Schutzvorrichtung aufweist, die auf eine Störung als Folge des Kontaktes zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Heizelementes anspricht derart, daß der durch die Sicherung hindurchgehende Strom größer wird und die Sicherung durchbrennt.

Zwar sind beim jeweiligen Gegenstand der vorgenannten Druckschriften im Zusammenhang mit den einstellbaren Heizleistungen jeweils entsprechende Diodeneinrichtungen vorgesehen, jedoch ist es bei derartigen Heizvorrichtungen nicht möglich, unterschiedliche Heizleistungen bei bewußt einfach gehaltenen elektrischen Verbindungen zum Doppelspulenheizelement bereitzustellen. Aus diesem Grund sind die Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten der bekannten Heizvorrichtungen in der Praxis nur sehr limitiert.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betriebenes Heizpaneel vorzusehen, das unterschiedliche Heizleistungen bereitstellt, wobei die elektrischen Verbindungen zum Doppelspulenheizelement vereinfacht werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisch betriebenes Heizpaneel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs gelöst, bei dem gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung über den Mehrstellungsschalter die Diode verbindbar ist, jeweils:

• a) in Reihe mit beiden Heizspulen des Doppelspulenheizelements oder
• b) in Reihe mit nur der einen Heizspule des Doppelspulenheizelements oder
• c) in Reihe mit nur der anderen Heizspule des Doppelspulenheizelements,

wobei der Widerstand der Heizspulen unterschiedlich ist.

Hierbei dienen die unterschiedlichen Widerstände der Heizspulen dazu, unterschiedliche Heizleistungen zu erzielen, wobei die elektrischen Verbindungen zum Doppelspulenheizelement gemäß der vorliegenden Erfindung bewußt einfach gehalten sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine Sicherung vorgesehen, deren Einstellung gerade über dem in der höchsten Heizstellung des Mehrstellungsschalters fließenden Strom liegt.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung sind Schutzdioden vorgesehen, wobei jeweils eine der Schutzdioden jeweils einer der Heizspulen des Doppelspulenheizelements zugeordnet ist. Die Schutzdioden stellen gewissermaßen einen Schutzsicherungspfad für den Fall bereit, daß eine zwischen den beiden Heizspulen des Doppelspulenheizelements vorgesehene Isolation ausfällt. Hierbei kann der Schutzsicherungspfad nicht unmittelbar, sondern auch erst bei einen weiteren Ausfall der Isolation bewirkender Erwärmung der Heizspulen bereitgestellt sein.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Schutzdioden durch parallel geschaltete Dioden ergänzt, um einen kontinuierlichen Schutz für den Fall bereitzustellen, daß eine der Schutzdioden ausfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer Heizdecke gemäß der Erfindung;

Fig. 1A-C den Schaltkreis gemäß Fig. 1 in vereinfachter Darstellung für jede der drei jeweils eingeschalteten Schaltstellungen;

Fig. 2 ein Schaltdiagramm, das eine Fehler­ bedienung zeigt und

Fig. 3 eine Modifikation der Anordnung gemäß Fig. 1.

Ein elektrisch betriebenes Heizpanell 20 in Form eines elektrischen Heizkissens weist ein Doppelspulenheiz­ element 21 auf, das mit einem Mehrschaltstellungs­ schalter S verbunden ist, so daß unterschiedliche Heiz­ leistungen von dem Heizkissen gemäß der gewählten Stellung des Schalters abgegeben werden können. Der Schalter S ist so einstellbar, daß die Diodeneinrichtungen verbunden werden können, die eine Diode D3 in jeweilig unterschiedliche Funktionsstellungen bezüglich der Spulen des Heizelementes 21 gebracht werden können.

Das Doppelspulenheizelement 21 weist innere (R1) und äußere (R2) Spulen auf, die voneinander durch eine Isolation (I) verbunden sind. Das Heizelement 21 ist mit einem 240 V Wechselspannungsnetzteil verbunden (die durch einen Anschluß L und einem Erdeanschluß N dargestellt wird), über eine Sicherung F und den Schalter S. der drei Einschaltstellungen und zwei Aus­ schaltstellungen aufweist.

Die innere Spule R1 ist auf eine zentrale Seele aus Kunststoff oder Kunstseide aufgewickelt und mit der Isolation I abgedeckt, die eine Schicht bzw. Decke eines thermoplastischen Materials aufweist. Die äußere Spule R2 ist auf die Schicht von Isolation I aufgelegt und selbst mit äußeren Isolationsschichten (nicht ge­ zeigt) abgedeckt. Ein geeignetes thermoplastisches Material für die Isolation I ist Polyvinylchlorid (PVC), wobei der Isolationswiderstand derselben mit zunehmender Temperatur abnimmt. Unter normalen Betriebsbedingungen ist ein geringer Leckstrom möglich zwischen den beiden Spulen aus R1 und R2. Die äußere Schicht kann ebenso PVC als Isolationsmaterial enthalten.

Der Schalter S hat Kontakte 1b und 2b, die mit dem Leitungsanschluß L verbunden sind, und Zuführkontakte 3b und 4b, die mit Erdeanschluß N verbunden sind. Korrespondierende Kontakte 1a, 2a, 3a und 4a sind mit jeweiligen Enden der Spulen R1 und R2 verbunden. Die drei Leitungen 10/1, 10/2 und 10/3 des Schalters S stellen dar, wie der Schalter die Kontakte des Schalters in den drei Betriebsstellungen des Schalters verbindet; jede Betriebslage stellt einen unterschiedlichen Heiz­ ausgang des Paneels dar. Wenn der Schalter S ausge­ schaltet wird, werden die Kontakte 1a, 2a, 3a und 4a von der Wechselspannungsquelle getrennt. Der Steuer­ schaltkreis weist Dioden D1 bis D5 auf.

Im Detail wird die Auswahl des ersten oder der geringsten Heizstellung des Schalters S bewirkt, daß der Anschluß N mit dem Kontakt 4a mittels der Leitung 10/1 verbunden wird und der Anschluß L mit dem Kontakt 1a verbunden ist. Diese Bedingungen bringt den Widerstand R2 in Reihe zum Widerstand R1 über die Diode D3 (Fig. 1a).

Die Auswahl der zweiten oder mittleren Heizstellung des Schalters S bewirkt, daß der Anschluß N zu beiden Kontakten 4a und 3a verbunden wird und der Anschluß L mit dem Kontakt 1a. Hierdurch wird R1 allein in den Schaltkreis über die Diode D3 gebracht (Fig. 1b).

Die Auswahl der dritten und größten Heizstellung bewirkt, daß der Anschluß N mit dem Kontakt 4a verbunden wird, und daß der Anschluß L sowohl mit Kontakt 1a und 2a verbunden wird. Hierdurch wird nur R2 alleine in den Schaltkreis über die Diode D3 gebracht (Fig. 1C).

Es sei angemerkt, daß die Diode D3 in allen Betriebs­ lagen des Schalters S (bei negativen Halbwellen) leitet, sie aber unterschiedliche Funktionsstellungen in Ab­ hängigkeit der Stellung des Schalters S einnimmt.

Die Dioden D1 und D4 sind Schutzdioden, um einen zu­ sätzlichen Schutzsicherungspfad bereitzustellen für den Fall, daß die Isolation I an einem Punkt ausfällt. Die Dioden D2 und D5 sind zusätzliche Dioden, die parallel zu dem jeweiligen Dioden D1 und D4 geschaltet sind, so daß ein kontinuierlicher Schutz selbst dann bereitgestellt ist, wenn D1 oder D4 ausfällt.

Die Einstellung der Sicherung F sollte gerade über dem Strom liegen, der in der höchsten Heizstellung des Schalters S fließt.

In dem Beispiel eines Schaltkreises gemäß Fig. 1 ist der Widerstand der Spule R1 720 Ohm; der Widerstand der Spule R2 beträgt 360 Ohm. Hierbei ergibt sich eine Leistung von 80 Watt (Maximum); 40 Watt (mittlere Heiz­ lage) und 26,7 Watt (geringste Heizleistung) für die drei Betriebsstellungen des Schalters S. Der (Halb­ wellen)strom bei 80 W beträgt 471 mA. Deshalb wird ein geeigneter Wert einer Standardsicherung F mit 500 mA ausgewählt.

Die Enden und Mittelpunkte der Spulen R1 und R2 sind jeweils mit A1, C1, B1 und A2, C2, B2 bezeichnet.

Für den Fall, daß die Isolation I an irgendeinem Punkt zwischen A1 und B1 (beispielsweise bei C1/C2) ausfällt, kann zusätzlich bei Zweiweggleichrichtung die Leitung bei positiven Halbwellen über die Dioden D4/D5 und D1/D2 stattfinden, um den Gesamtwiderstand des Schalt­ kreises zu reduzieren. Hierdurch bedingt wird eine Vergrößerung des Stroms dergestalt, daß die Sicherung F die Stromzuführung zu dem Heizkissen 20 unterbricht.

Bei einer Fehlerbedingung, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Ausfall der Isolation I am Punkt C1/C2 des Heizelementes simuliert, wobei der Schalter S in der geringsten Heizposition sich befindet. Es ist er­ sichtlich, daß unter diesen Bedingungen effektiv zwei Hälften der Spule R1 parallel arbeiten und die zwei Hälften der Spule R2 ebenso parallel arbeiten, so daß ein Widerstand im Schaltkreis gegeben ist, der geringer als der normale Widerstand im Schaltkreis ist, wobei die Sicherung F zum Abtrennen der Spannungsversorgung durchbrennt.

Der Widerstand in dem Schaltkreis unter Fehlerbe­ dingungen ändert sich entsprechend dem Ort des Fehlers und der Betriebsstellung des Schalters S. In den meisten Fehlerbedingungen wird die Sicherung F unverzüglich bei Auftreten eines Fehlers durchbrennen. Randbedingungen können auftreten, wenn die Isolation I nahe in der Mitte des Heizelementes 21 ausfällt. In einem solchen Fall könnte die Sicherung F nicht direkt durchbrennen. In diesem Falle wird die Leistungsaufnahme des Heiz­ elementes 21 vergrößert. Diese Vergrößerung weist 127 W, 133 W und 149 W jeweils bei der niedrigsten, der mittleren und der maximalen Heizstellung des Schalters S auf. Die Spulen R1, R2 werden dann wärmer werden, wodurch der Fehler in der Isolation I größer wird, so daß ein Pegel des Stroms erreicht wird, daß die Sicherung durchbrennt, selbst wenn die Einstellung der gerade installierten Sicherung F etwas höher als der oben angegebene empfohlene Wert ist (beispielsweise 620 mA anstelle von 500 mA).

Wenn die Diode D3 öffnet, dann wird kein Strom in jeglicher Stellung des Schalters S fließen. Wenn die Diode D3 kurzgeschlossen ist, dann ist eine Halbwellen­ direktleitung in allen Schalterstellungen vorhanden, die bewirkt, daß die Sicherung F arbeitet.

Eine Modifikation des Schaltkreises ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Hierbei sind die Verbindungen zu R2 umge­ tauscht. Diese Modifikationen ändert die Fehlerstrom­ bedingungen etwas, so daß der Betrieb der Sicherung F spezieller ist. Das Umtauschen der Verbindungen zur Spule R1 würde dieselbe Wirkung haben.

Es sei angemerkt, daß ein Überhitzungsschutz existiert über die gesamte Länge des Doppelspulenheizelementes 21 gemäß Fig. 1 und 3. Die verwendeten Schaltkreiskomponenten sind elementar und nur wenige, so daß dadurch eine preisgünstige Steuerung und ein einfacher elektrischer Anschluß sichergestellt ist.

Claims (4)

1. Elektrisch betriebenes Heizpaneel mit einem zwei Heizspulen (R1, R2) aufweisenden Doppelspulenheizelement (21), die mit einem drei Schaltstellungen (10/1; 10/2; 10/3) aufweisenden Mehrstellungsschalter (S) verbunden sind, so daß unterschiedliche Wärmeausgangsleistungen vom Heizpaneel entsprechend der gewählten Schaltstellung des Mehrstellungsschalters (S) möglich sind und im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Wärmeausgangsleistungen mindestens eine Diode (D3) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß über den Mehrstellungsschalter (S) die Diode (D3) verbindbar ist, jeweils:

• a) in Reihe mit beiden Heizspulen (R1, R2) des Doppelspulenheizelements (21) oder
• b) in Reihe mit nur der einen Heizspule (R1) des Doppelspulenheizelements (21) oder
• c) in Reihe mit nur der anderen Heizspule (R2) des Doppelspulenheizelements (21),

wobei der Widerstand der Heizspulen (R1, R2) unterschiedlich ist.

2. Heizpaneel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherung (F) vorgesehen ist, deren Einstellung gerade über dem in der höchsten Heizstellung des Mehrstellungsschalters (S) fließenden Strom liegt.

3. Heizpaneel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzdioden (D1, D4) vorgesehen sind, wobei jeweils eine der Schutzdioden (D1, D4) jeweils einer der Heizspulen (R1, R2) des Doppelspulenheizelements (21) zugeordnet ist.

4. Heizpaneel gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzdioden (D1, D4) durch parallel geschaltete Dioden (D2, D5) ergänzt sind.