DE4315488C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten, insbes. von Heizkissen, Heizdecken oder dergl., die mit einem ein- oder mehrteiligen Heizleiter, ferner mit einem dazu in Reihe geschalteten, an den Heizleiter thermisch angekoppelten, temperaturabhängigen Schaltglied, sowie mit einem Stellglied zur Vorgabe der Solltemperatur versehen sind.

Weiter betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten, insbes. von Heizkissen, Heizdecken oder dergl., mit einem ein- oder mehrteiligen Heizleiter, ferner mit einem dazu in Reihe geschalteten, an den Heizleiter thermisch angekoppelten, temperaturabhängigen Schaltglied, sowie mit einem Stellglied zur Vorgabe der Solltemperatur.

Eine derartige Schaltungsanordnung insbesondere zur Anwendung bei Wasserbetten ist aus der WO 84/03601 A1 bekannt. Im einzelnen besteht die Anordnung aus dem Heizelement, einer Steuereinheit sowie einem beide miteinander verbindenden Schlauchteil, in dessen Innerem ein über eine Kappilarleitung einen Schalter betätigender Thermostat angeordnet ist.

Aus der DE 29 33 072 C2 ist eine Schaltungsanordnung für einen Heizstromkreis bekannt, bei welchem das Heizkabel aus einem Heizleiter und einem dazu parallel verlaufenden, durch Isoliermaterial getrennten Sensorleiter besteht. Der Sensorleiter ist in Reihe mit gegensinnig gepolten Dioden parallel zum Heizleiter geschaltet. Damit findet bei regulärer Betriebsweise kein Stromfluß durch den Sensorleiter statt. Schmilzt das Isoliermaterial jedoch in Folge einer lokalen Überhitzung, so setzt über die Dioden und ihnen in Reihe geschaltete Widerstände ein Stromfluß ein, wobei diese Widerstände an eine thermische Sicherung angekoppelt sind, die für eine Abschaltung sorgt.

Die DE 41 08 725 C2 beschreibt eine thermische Schalteinheit für elektrische Wärmegeräte, die im wesentlichen aus einem jeweils ein Bimetallelement aufweisenden Temperaturregler und einem Temperaturwächter besteht, die gemeinsam auf einer Substratplatte angeordnet sind. Auf der Rückseite der Substratplatte sind Widerstandselemente aufgedruckt, die die Bimetallelemente beeinflussen. Durch diesen Aufbau wird eine sehr kompakte Anordnung erreicht.

Allgemein werden auch in zunehmendem Maße zur Temperaturregelung speziell angefertigte integrierte Schaltkreise verwendet. Doch selbst wenn diese Bausteine heute vergleichsweise billig herstellbar sind, stellen sie gleichwohl einen nicht unbeträchtlichen Kostenfaktor bei einfacheren und damit preiswerten Heizgeräten dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung anzugeben, die eine stufenweise oder stufenlose Vorgabe der Solltemperatur bei minimalem Aufwand an üblichen elektronischen Standardbauteilen und einfacher Schaltungstechnik ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch gelöst, daß in der einen Flußrichtung des Stroms die Versorgungsspannung zum überwiegenden Teil am Heizleiter abfällt und daß in der entgegen gesetzten Flußrichtung des Stroms die Versorgungsspannung zum größten Teil an einem Vorheizwiderstand abfällt, der mit dem temperaturabhängigen Schaltglied in thermischer Wechselwirkung steht, wobei der Stromfluß in der entgegen­ gesetzten Flußrichtung durch das Stellglied schaltbar oder variierbar ist.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht darin, daß jeweils die eine Halbwelle des Wechselstroms zum Erwärmen des Heizleiters ausgenutzt wird, während die andere Halbwelle dazu herangezogen wird, vor allem den Vorheizwiderstand zu erwärmen, der über seine thermische Wechselwirkung mit dem temperaturabhängigen Schaltglied dieses bereits dann abschaltet, wenn die Temperatur des Heizleiters noch deutlich unter der Schalttemperatur des Schaltgliedes liegt. Eine Erhöhung der Heizleistung im Vorheizwiderstand hat somit eine niedrigere Temperatur des Heizgerätes zur Folge. Wird dagegen der Strom durch den Vorheizwiderstand reduziert bzw. völlig unterbrochen, so schaltet das Schaltglied erst ab, wenn die Schalttemperatur allein durch Aufheizung des Heizleiters erreicht ist. In diesem Fall nimmt das Heizgerät seine maximale Temperatur an.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die Erfindung dadurch gelöst, daß in Reihe zum Heizleiter ein Vorheizwiderstand angeordnet ist, der mit dem temperaturabhängigen Schaltglied in thermischer Wechselwirkung steht, und wobei weiter eine erste Diode vorgesehen ist, die dem Vorheizwiderstand parallelgeschaltet ist und somit nur bei Stromfluß in Sperrichtung eine Erwärmung des Vorheizwiderstandes zur Beeinflussung des Schaltglieds ermöglicht, wobei das Stellglied zur Beeinflussung des Stromflusses von einer in gleicher Flußrichtung wie die erste Diode geschalteten zweiten Diode sowie einem zur zweiten Diode parallelen Schalter oder einem veränderbaren Widerstand gebildet ist.

Grundsätzlich besteht hierbei auch die Möglichkeit, den Vorheizwiderstand mit in Reihe geschalteter Diode unmittelbar an die Versorgungsspannung anzuschließen und eine weitere Diode in entgegen gesetzter Flußrichtung in Reihe zum Heizleiter anzuordnen.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht darin, daß in der einen Stromflußrichtung der Strom dann über den Heizleiter und die Diode fließt, wodurch am Vorheizwiderstand lediglich die Durchlaßspannung der Diode anliegt. In entgegen gesetzter Stromflußrichtung dagegen sperrt die Diode, so daß der gesamte Strom über den Vorheizwiderstand fließen muß. Diese Stromflußrichtung sorgt daher für eine entsprechende Erwärmung des Vorheizwiderstandes und somit für ein früheres Abschalten des Schaltgliedes.

Bei der ersten der beiden alternativen Ausführungsformen, bei der ein Schalter vorgesehen ist, kann der Strom bei geöffnetem Schalter jeweils nur in der einen Flußrichtung fließen mit der Folge, daß das Schaltglied erst bei Erreichen der maximalen Temperatur abschaltet. Wird der Schalter dagegen geschlossen, so ermöglicht das Stellglied einen Stromfluß in beiden Richtungen. In diesem Fall erfolgt in der schon beschriebenen Weise eine Aufheizung des Vorheizwiderstandes, wodurch das Schaltglied früher abschaltet, das Heizgerät also nur eine niedrigere Temperatur annimmt.

Bei der zweiten Ausführungsform, bei der zur zweiten Diode ein veränderbarer Widerstand parallel geschaltet ist, kann über den Widerstand der Stromfluß durch den Vorheizwiderstand beeinflußt werden, so daß das Stellglied statt einer stufenweisen eine kontinuierliche Vorgabe des Temperatursollwertes erlaubt.

Vorteilhafterweise ist der Vorheizwiderstand hochohmiger als der Heizleiter, da dann bei der entsprechenden Stromflußrichtung nahezu ausschließlich der Vorheizwiderstand erwärmt wird. Als günstig hat sich hierbei herausgestellt, wenn der Widerstandswert des Vorheizwiderstandes etwa zwanzigfach größer ist als der des Heizleiters.

Im eigentlichen Heizgerät werden somit für die Temperaturregelung lediglich das übliche temperaturabhängige Schaltglied und zusätzlich ein Widerstand sowie eine Diode benötigt.

Weiter kann der Heizleiter in üblicher Ausgestaltung von einer Doppelkordel gebildet sein, wobei dann der Vorheizwiderstand und das Schaltglied zwischen den beiden Heizleiterwicklungen der Doppelkordel angeschlossen sind.

Das Schaltglied ist zweckmäßigerweise von einem Bimetall-Schalter gebildet.

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

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform für eine stufenweise Temperaturvorgabe,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur kontinuierlichen Temperaturvorgabe.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten, insbes. von Heizkissen, Heizdecken oder dergl.

Die Schaltungsanordnung besteht aus einem zweiteiligen Heizleiter 1, ferner aus einem dazu in Reihe geschalteten, temperaturabhängigen Schaltglied 2, das an den Heizleiter 1 thermisch angekoppelt ist. Schließlich umfaßt die Schaltungsanordnung ein Stellglied 3 zur Vorgabe der Solltemperatur. Das Stellglied 3 ist dabei, wie die gestrichelte Umrahmung 4 angedeutet, üblicherweise in einem Schnurschalter angeordnet, während die übrigen, von der zweiten Umrahmung 5 umfaßten Bauteile Bestandteil des Heizgerätes sind.

Im Strompfad des Heizgerätes ist ein Vorheizwiderstand 6 angeordnet, der mit dem temperaturabhängigen Schaltglied 2 in thermischer Wechselwirkung steht. Weiter ist eine erste Diode 7 vorgesehen, die nur während einer der beiden Stromflußrichtungen einen zur merklichen Erwärmung des Vorheizwiderstandes 6 ausreichenden Strom durch den Vorheizwiderstand 6 fließen läßt. Dazu ist der Vorheizwiderstand 6 in Reihe zu den beiden Heizleitern 1 angeordnet, wobei die erste Diode 7 dem Vorheizwiderstand 6 parallel geschaltet ist. In der einen Stromflußrichtung wird dadurch der Vorheizwiderstand 6 durch die erste Diode 7 überbrückt, so daß nur deren Durchlaßspannung abfällt, während die Diode 7 in der umgekehrten Stromflußrichtung sperrt, so daß dann der Strom ausschließlich über den Vorheizwiderstand 6 fließen kann. Die hierdurch hervorgerufene Erwärmung des Vorheizwiderstandes 6 führt zu einem früheren Abschalten des Schaltgliedes 2, so daß das Heizgerät insgesamt nur eine niedrigere Temperatur annimmt. Die Größe dieses durch den Vorheizwiderstand 6 fließenden Stroms ist durch das Stellglied 3 entweder schaltbar oder variierbar, worauf später noch eingegangen wird.

Der Vorheizwiderstand 6 ist wesentlich hochohmiger als der Heizleiter 1 und kann beispielweise den zwanzigfachen Wert gegenüber dem Heizleiter 1 besitzen. Je größer das Verhältnis der Widerstandswerte des Heizleiters 1 einerseits und des Vorheizwiderstandes 6 andererseits ist, desto ausgeprägter ist die abgegebene Heizleistung im Heizleiter 1 bzw. im Vorheizwiderstand 6 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stromflußrichtung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Stellglied 3 von einer in gleicher Flußrichtung wie die erste Diode 7 geschalteten zweiten Diode 8 sowie einem die zweite Diode 8 überbrückenden Schalter 9 gebildet. Ist dieser Schalter 9 geöffnet, so kann der Strom nur in der Richtung fließen, durch die ausschließlich der Heizleiter 1 erwärmt wird. Bei geöffnetem Schalter 9 wird daher das Heizgerät seine durch die Schalttemperatur des Schaltgliedes 2 bestimmte Maximaltemperatur erreichen. Ist der Schalter 9 dagegen geschlossen, so kann der Strom in beiden Richtungen fließen mit dem Ergebnis, daß der Vorheizwiderstand 6 aufgeheizt wird und das Schaltglied 2 bereits früher abschaltet.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist das Stellglied 3 von einer zweiten Diode 8 sowie einem die zweite Diode 8 überbrückenden, veränderbaren Widerstand 10 gebildet. Durch eine Variation dieses Widerstandes 10 besteht die Möglichkeit, die Heizleistung im Vorheizwiderstand 6 zu beeinflussen, so daß eine stufenlose Vorgabe der Solltemperatur möglich ist. Im übrigen sind in jeder Zuleitung 11 jeweils ein weiterer Schalter 12 vorgesehen, durch die das Heizgerät abgeschaltet werden kann. Wie sich der Zeichnung weiterhin entnehmen läßt, kann das in einem üblichen Schnurschalter untergebrachte Stellglied 3 über eine zweiadrige Zuleitung 13 mit dem Heizgerät verbunden werden, während bei bekannten Temperaturregeleinrichtungen wenigstens eine dritte Leitung benötigt wird.

Der Heizleiter 1 kann in in der Zeichnung nicht näher dargestellter Weise von einer Doppelkordel gebildet sein, wobei dann der Vorheizwiderstand 6 und das Schaltglied 2 an den beiden Enden der Doppelkordel angeschlossen sind, wie dies im Stromlaufplan angedeutet ist. Das Schaltglied 2 ist in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise von einem Bimetallschalter gebildet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten, insbesondere von Heizkissen, Heizdecken oder dergl., die mit einem ein- oder mehrteiligen Heizleiter (1), ferner mit einem dazu in Reihe geschalteten, an den Heizleiter (1) thermisch angekoppelten, temperaturabhängigen Schaltglied (2), sowie mit einem Stellglied (3) zur Vorgabe der Solltemperatur versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Flußrichtung des Stroms die Versorgungsspannung zum überwiegenden Teil am Heizleiter (1) abfällt, und daß in der entgegengesetzten Flußrichtung des Stroms die Versorgungsspannung zum größten Teil an einem Vorheizwiderstand (6) abfällt, der mit dem temperaturabhängigen Schaltglied (2) in thermischer Wechselwirkung steht, wobei der Stromfluß in der entgegengesetzten Flußrichtung durch das Stellglied (3) schaltbar oder variierbar ist.

2. Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von mit Wechselstrom betriebenen Heizgeräten, insbesondere von Heizkissen, Heizdecken oder dergl., mit einem ein- oder mehrteiligen Heizleiter (1), ferner mit einem dazu in Reihe geschalteten, an den Heizleiter (1) thermisch angekoppelten, temperaturabhängigen Schaltglied (2), sowie mit einem Stellglied (3) zur Vorgabe der Solltemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Heizleiter (1) ein Vorheizwiderstand (6) angeordnet ist, der mit dem temperaturabhängigen Schaltglied (2) in thermischer Wechselwirkung steht, und wobei weiter eine erste Diode (7) vorgesehen ist, die dem Vorheizwiderstand (6) parallelgeschaltet ist und somit nur bei Stromfluß in Sperrichtung eine Erwärmung des Vorheizwiderstandes (6) zur Beeinflussung des Schaltglieds ermöglicht, wobei das Stellglied (3) zur Beeinflussung des Stromflusses von einer in gleicher Flußrichtung wie die erste Diode (7) geschalteten zweiten Diode (8) sowie einem zur zweiten Diode (8) parallelen Schalter (9) oder einem veränderbaren Widerstand (10) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorheizwiderstand (6) hochohmiger ist als der Heizleiter (1).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Vorheizwiderstandes (6) etwa zwanzigfach größer ist als der des Heizleiters (1).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (1) von einer Doppelkordel gebildet ist, wobei der Vorheizwiderstand (6) und das Schaltglied (2) zwischen den beiden Heizleiterwicklungen der Doppelkordel angeschlossen sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (2) von einem Bimetall-Schalter gebildet ist.