DE68917623T2

DE68917623T2 - Flat electrical heating resistor.

Info

Publication number: DE68917623T2
Application number: DE1989617623
Authority: DE
Inventors: Bengt Hjortsberg
Original assignee: CALESCO FOIL AB
Current assignee: CALESCO FOIL AB
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-02-14
Also published as: DE68917623D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flaches elektrisches Widerstandsheizelement.The present invention relates to a flat electrical resistance heating element.

Widerstandselemente der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, finden zahlreiche verschiedene Verwendungen. Beispiele solcher Verwendungen sind das Heizen flacher Oberflächen wie Fußböden und Dächer, d.h. Zimmer- und Raumheizung, Heizung elektrisch beheizter Schlafdecken und Matratzen, insbesondere für medizinische Zwecke. Die vorliegende Erfindung kann in allen diesen Anwendungsfällen mit Vorteil angewandt werden, sie ist jedoch speziell für die Verwendung als Heizelement für Wasserbetten bestimmt.Resistance elements of the type to which the invention relates find a wide variety of uses. Examples of such uses are heating flat surfaces such as floors and roofs, i.e. room and space heating, heating electrically heated blankets and mattresses, particularly for medical purposes. The present invention can be used to advantage in all of these applications, but it is especially intended for use as a heating element for waterbeds.

Die Widerstandselemente für den oben angeführten Zweck sind geelgneterweise sogenannte Folienelemente. Diese umfassen einen elektrischen Leiter, der an und/oder zwischen Folien aus Isoliermaterial, vorzugsweise Kunststoffolie, angebracht ist. Um die gewünschten Eigenschaften der Elemente zu erhalten, kann die Folie mehrere Lagen besitzen. Die allgemein am meisten verwendeten Kunststoffmaterialien sind Polyester, Polyethylen und PVC, jedoch werden für spezielle Anwendungen hochtemperaturbeständige Materialien wie Polyimid benutzt.The resistance elements for the above-mentioned purpose are suitably so-called foil elements. These comprise an electrical conductor attached to and/or between foils of insulating material, preferably plastic foil. In order to obtain the desired properties of the elements, the foil can have several layers. The most commonly used plastic materials are polyester, polyethylene and PVC, but for special applications high-temperature resistant materials such as polyimide are used.

Der elektrische Leiter, der in die Isolierpumpe eingebettet ist, ist vorzugsweise ein Draht oder ein Band aus dünner Metallfolie. Sein Muster kann dadurch erreicht werden, daß eine Metallfolie geätzt wird, die mit einer Kunststoffolie laminiert ist. Die Dicke der Metallfolie kann in der Größenordnung von hundertstel mm sein, und die Breite der Bänder in dem so hergestellten Muster kann von einigen wenigen zehntel mm bis zu wenigen mm reichen. Geeignete Metallwerkstoffe sind Messing, Aluminium und bestimmte korrosionsfreie Legierungen, Nickel-Chrom-, Kupfer-Nickel- und Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen. Für spezielle Zwecke werden auch Blei/Zinn-Legierungen verwendet. Es ist ferner möglich, daß der Widerstandsdraht ein Metalldraht vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt ist, der an der Folie in einem gewünschten Muster angebracht wird.The electrical conductor embedded in the insulating pump is preferably a wire or a strip of thin metal foil. Its pattern can be achieved by etching a metal foil laminated with a plastic film. The thickness of the metal foil can be in the order of hundredths of a mm and the width of the strips in the pattern thus produced can range from a few tenths of a mm to a few mm. Suitable metal materials are brass, aluminium and certain corrosion-free alloys, nickel-chromium, copper-nickel and iron-chromium-aluminium alloys. Lead/tin alloys are also used for special purposes. It is also possible that the resistance wire is a metal wire, preferably with a circular cross-section, which is attached to the foil in a desired pattern.

Wie die meisten anderen elektrischen Einrichtungen erzeugen auch Widerstandselemente elektromagnetische Felder. Solche Felder können Auswirkungen auf den Menschen haben, jedoch ist bislang wenig darüber bekannt, welche Auswirkungen diese magnetischen Felder auf den Menschen haben können. Dieses trifft zumindest im Falle von Magnetfeldern zu, die mit niedrigen Frequenzen schwanken und eine geringe Stärke besitzen. Elektrischer Strom für den Hausgebrauch hat eine Frequenz von etwa 50 Hertz, was in diesem Fall als eine niedrige Frequenz anzusehen ist, und Geräte und Vorrichtungen, die im Haushalt verwendet werden, rufen nur Magnetfelder von geringer Stärke hervor. Da der Einfluß solcher Magnetfelder auf den Menschen insgesamt unbekannt ist, besteht allgemein der Wunsch, daß die Stärke dieser Magnetfelder so niedrig wie möglich sein soll, um die Auswirkungen, falls vorhanden, auf ein Minimum herabzusetzen. Widerstandselemente der hier betrachteten Art rufen ebenfalls solche Magnetfelder hervor, und die Erfindung betrifft Widerstandselemente der Art, bei denen die Stärke der Magnetfelder beträchtlich niedriger ist als bei zuvor bekannten Widerstandselementen der entsprechenden Art, den sogenannten Folienelementen.Like most other electrical devices, resistive elements generate electromagnetic fields. Such fields can have effects on humans, but little is known about the effects these magnetic fields can have on humans. This is at least true in the case of magnetic fields that fluctuate at low frequencies and are of low intensity. Electric current for domestic use has a frequency of about 50 hertz, which is considered a low frequency in this case, and appliances and devices used in the home produce only low-intensity magnetic fields. Since the influence of such magnetic fields on humans is generally unknown, it is generally desired that the intensity of these magnetic fields should be as low as possible in order to minimize the effects, if any. Resistance elements of the type considered here also produce such magnetic fields, and the invention relates to resistance elements of the type in which the strength of the magnetic fields is considerably lower than in previously known resistance elements of the corresponding type, the so-called foil elements.

In DE-C-566 962 ist ein Verfahren zum Verlegen von Heizdraht in einer Schleifenanordnung beschrieben, bei dem der Draht einmal gefaltet wird, um zwei parallele Drähte zu erhalten, und diese "ein" und "aus" parallel zueinander anzubringen, wodurch man vier parallele Leiter erhält. Es wird betont, daß die Leiter sich nicht kreuzen dürfen. Das resultierende Muster sind parallele Leiter, wobei die Stromrichtung in einem Leiter in einem gegebenen Augenblick entgegengesetzt ist zu der Stromrichtung in den benachbarten Leitern.DE-C-566 962 describes a method of laying heating wire in a loop arrangement, in which the wire is folded once to obtain two parallel wires and these are placed "in" and "out" parallel to each other, thereby obtaining four parallel conductors. It is emphasized that the conductors must not cross each other. The resulting pattern is parallel conductors, with the current direction in one conductor being opposite at a given moment. to the current direction in the neighboring conductors.

Gemäß der Erfindung ist ein flaches elektrisches Widerstandsheizelement geschaffen, wie es im Anspruch 1 beansprucht ist. Dieses Element hat in Schleifen über eine Fläche verlegte elektrische Leiter, wobei die Leiter einen Widerstandsdraht oder ein Widerstandsband umfassen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen vier zueinander über im wesentlichen das gesamte Element parallele Leiter und Anordnungen für eine Verbindung der Leiter mit einer Spannungsquelle besitzen. Die vier parallelen Leiter sind elektrisch so verbunden, daß in einem gegebenen Augenblick die Stromrichtung in den beiden äußeren Leitern die gleiche Richtung und in den beiden inneren Leitern die gleiche Richtung entgegengesetzt zu den äußeren Leitern hat. Vorzugsweise sind die Leiter zwei zu zwei an einem Ende verbunden, so daß zwei Paare paralleler Leiter erreicht werden. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Leiter an jedem Ende einen Anschlußpunkt besitzen und daß ein Anschlußpunkt jedes Leiterpaares mit einem Anschlußpunkt am anderen Leiterpaar verbunden und ein Anschlußpunkt jedes Leiterpaares an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Vorzugsweise sind die beiden miteinander verbundenden Anschlußpunkte der beiden Leiterpaare nicht diejenigen zweier benachbart zueinander positionierter der vier parallelen Leiter. Die von den vier parallelen Leitern gebildeten Schleifen sollten so auf der Oberfläche verlegt werden, daß die Leiter soweit wie möglich parallel zueinander verlaufen, wodurch der Abstand zwischen zwei Leitern im wesentlichen der gleiche ist sowohl zwischen den vier Leitern als auch zwischen benachbart zueinander positionierten Leitern benachbarter Schleifen.According to the invention there is provided a flat electrical resistance heating element as claimed in claim 1. This element has electrical conductors laid in loops over a surface, the conductors comprising a resistance wire or ribbon, and is characterized in that the loops have four conductors parallel to one another over substantially the whole of the element and arrangements for connecting the conductors to a voltage source. The four parallel conductors are electrically connected so that at a given instant the direction of current in the two outer conductors is the same direction and in the two inner conductors is the same direction opposite to the outer conductors. Preferably the conductors are connected two by two at one end so that two pairs of parallel conductors are achieved. This is achieved by having the conductors at each end with a connection point and by having one connection point of each pair of conductors connected to a connection point on the other pair of conductors and one connection point of each pair of conductors connected to a voltage source. Preferably, the two interconnected connection points of the two pairs of conductors are not those of two of the four parallel conductors positioned adjacent to each other. The loops formed by the four parallel conductors should be laid on the surface so that the conductors are as parallel to each other as possible, whereby the distance between two conductors is substantially the same both between the four conductors and between adjacent conductors of adjacent loops.

Nachfolgend wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei verschiedene Wege der Erzeugung von Elementen gemäß der Erfindung. Die Figuren 3 und 4 zeigen in entsprechender Weise gebildete Elemente mit längeren Leitern, die in mehreren Schleifen angeordnet sind. Die Fig. 5 zeigt ein Element nach der Erfindung in natürlicher Größe. Die Fig. 6 zeigt ein Element nach dem Stand der Technik.The invention will now be further described with reference to the accompanying drawings. Figures 1 and 2 show two different ways of producing elements according to the invention. Figures 3 and 4 show elements formed in a corresponding manner with longer conductors arranged in several loops. Figure 5 shows an element according to the invention in natural size. Figure 6 shows an element according to the prior art.

In den Figuren 1 bis 5 sind gleiche Bezugszahlen für die gleichen Teile verwendet worden. Die Elemente umfassen eine Anzahl von Schleifen, und in Fig. 4 ist ein Teil einer solchen Schleife von einer gestrichelten Linie 10 umschlossen. Jede Schleife hat vier parallele und mit gleichen Abständen voneinander angeordnete Leiter. Wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, erhält man die vier parallelen Leiter einer Schleife unter Verwendung zweier Drähte oder Bänder 1 und 2. Wie z.B. in Fig. 3 gezeigt, erhält man ein Leiterpaar (d.h. zwei Leiter) von jedem Draht oder Band, wobei zwei derartige Paare die vier Leiter einer Schleife bilden. Die Leiter bzw. Leiterpaare haben Anschlußpunkte 3, 4, 5 und 6. Bei jedem Paar von Leiter oder dgl. ist ein Anschlußpunkt 3 und 6 mit einer entsprechenden Leitung 7 und 8 verbunden. Die Leitungen können Bänder mit erweiterten Bereichen 7A und 8A sein oder auf andere geeignete Weise hergestellt sein. Die beiden Leiterpaare sind durch den Verbinder 9 verbunden. Letzterer kann wie bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung eine Wärmesicherung 10 aufweisen.In Figures 1 to 5, like reference numerals have been used for like parts. The elements comprise a number of loops and in Figure 4 a part of such a loop is enclosed by a dashed line 10. Each loop has four parallel and equally spaced conductors. As shown in Figures 1 to 4, the four parallel conductors of a loop are obtained using two wires or tapes 1 and 2. As shown in Figure 3, for example, a conductor pair (i.e. two conductors) is obtained from each wire or tape, two such pairs forming the four conductors of a loop. The conductors or conductor pairs have connection points 3, 4, 5 and 6. In each pair of conductors or the like, a connection point 3 and 6 is connected to a corresponding line 7 and 8. The conductors may be strips with extended areas 7A and 8A or may be made in another suitable manner. The two pairs of conductors are connected by the connector 9. The latter may have a thermal fuse 10 as in the embodiment of the invention shown in Fig. 5.

Das Element nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt einen Leiter 11 mit zwei Leitungen 12 und 13.The prior art element, as shown in Fig. 6, comprises a conductor 11 with two lines 12 and 13.

In den Figuren 1 bis 4 und 6 ist die Stromrichtung in einem gegebenen Augenblick durch Pfeile angegeben. Es ist daraus ersichtlich, daß bei einem Element nach der Erfindung die Stromrichtung in den beiden äußeren Leitern ein und dieselbe und bei den beiden inneren Leitern die gleiche in entgegengesetzter Richtung ist. Diese Anordnung bringt eine erhebliche Verringerung des von den Elementen erzeugten magnetischen Feldes mit sich. Im Unterschied zu den Elementen nach der Erfindung ist die Stromrichtung in zwei benachbarten Leitern in einem Element nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 6 gezeigt, stets gegenläufig zueinander.In Figures 1 to 4 and 6, the direction of the current at a given moment is indicated by arrows. It can be seen that in an element according to the invention the direction of the current is one and the same in the two outer conductors and the same but opposite in the two inner conductors. This arrangement results in a considerable reduction in the current generated by the elements. magnetic field. In contrast to the elements according to the invention, the current direction in two adjacent conductors in an element according to the prior art, as shown in Fig. 6, is always opposite to each other.

Die von verschiedenen Elementen erzeugten magnetischen Felder sind aufgezeichnet worden. Die Aufzeichnungen wurden in einem Abstand von 10 cm rechtwinklig von der ebenen Oberfläche der Elemente und bei an einen Wechselstrom von 220 V, 50 Hz angeschlossenen Elementen vorgenommen. Zum Zeitpunkt der Aufzeichnung betrug der Strom in den Elementen etwa 1,4 A. Bei Elementen nach der Erfindung betrug das Magnetfeld an verschiedenen Positionen über dem Element 0,10 bis 0,15 µT. Unter den gleichen Bedingungen wurden auch Aufzeichnungen mit einem Element nach dem Stand der Technik vorgenommen, wobei das Magnetfeld etwa 1,6 µT betrug.The magnetic fields generated by various elements have been recorded. The recordings were made at a distance of 10 cm perpendicular to the flat surface of the elements and with the elements connected to an alternating current of 220 V, 50 Hz. At the time of recording, the current in the elements was about 1.4 A. For elements according to the invention, the magnetic field at various positions above the element was 0.10 to 0.15 µT. Recordings were also made under the same conditions with an element according to the prior art, the magnetic field being about 1.6 µT.

Claims

1. Flat electrical resistance heating element with electrical conductors laid in loops over a surface, the conductors comprising a resistance wire or a resistance strip, each loop having two pairs of conductors (1,2) and each loop being formed by four conductors which run substantially parallel over the entire heating element and comprising arrangements for connecting the conductors to a voltage source, characterized in that the conductors are electrically connected in such a way that at a given moment the current direction in the two outer conductors of each loop has the same direction and in the two inner conductors the same direction opposite to that of the outer conductors and that the loops are laid on the surface in such a way that the conductors run as parallel to one another as possible, the distance between any two conductors being substantially the same both between the four conductors of each loop and between the outer conductors of each loop and the outer conductors of the adjacent loop.

2. Element according to claim 1, characterized in that the conductors are connected two by two at one end, so that two pairs (1, 2) of parallel conductors are obtained.

3. Element according to claim 2, characterized in that on each conductor pair (1,2) a connection point (3,6) is connected to a voltage source and a connection point (4,5) is connected to a connection point on the other conductor pair.

4 Element according to claim 3, characterized in that the two interconnected connection points of the two conductor pairs are not those of two of the four parallel conductors positioned adjacent to one another.