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Die Erfindung betrifft elektrische
Erwärmungsanordnungen
mit elektrisch erwärmten
Feldern. Die Erfindung ist insbesondere auf elektrische Decken anwendbar
und wird spezifisch im Bezug darauf beschrieben. Jedoch sei darauf
hingewiesen, dass die Erfindung auf viele andere Formen von erwärmten Feldern
angewendet werden kann, beispielsweise Erwärmer unter einem Teppich, Matratzen
und Kissen.
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Elektrische Decken umfassen gewöhnlicherweise
ein Erwärmungselement
in der Form von inneren und äußeren konzentrischen
Spulenleitern, die durch eine elektrische isolierende Schicht getrennt sind.
Eine oder die andere oder beide Spulen stellen den Erwärmungseffekt
bereit. Sollte eine Überhitzung
auftreten wird die isolierende Schicht, die die zwei Leiter trennt,
dafür ausgelegt,
um zu schmelzen, was bewirkt, dass die zwei Leiter in einen elektrischen
Kontakt miteinander kommen, wobei bewirkt wird, dass ein Kurzschluss
oder ein Pfad mit niedriger Impedanz auftritt. Dies verursacht eine Änderung
des Stroms in der elektrischen Schaltung, die die Leiter enthält, wodurch
bewirkt wird, dass eine Sicherung durchbrennt und somit die Decke
von der Hauptstromversorgung isoliert.
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Es gibt viele Vorgehensweisen zum
Erfassen, dass sich ein Kurzschluss oder ein Pfad mit niedriger
Impedanz zwischen den zwei Leitern entwickelt hat und Beispiele
von geeigneten Schaltungen werden in den Britischen Patentbeschreibungen
Nrs 1155118, 1585921, 1599709 und 2028608 beschrieben. Jedoch weisen
die bekannten Anordnungen gewisse Nachteile auf und es gibt drei
besondere Problemgebiete, die die Anordnungen, die in den voranstehenden
erwähnten
Spezifikationen beschrieben sind, und viele andere Anordnungen nicht
angehen.
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Abgesehen von dem Einbau eines effektiven Überhitzungsschutzsystems
muss eine elektrische Decke, um ein praktischer kommerzieller Vorschlag zu
sein, auch eine Einrichtung zum Bereitstellen von selektiven mehrfachen
Wärmeeinstellungen
beinhalten. Die voranstehend erwähnten
Spezifikationen zeigen deshalb alle Vorgehensweisen, mit denen die zwei
widerstandsbehafteten Leiter des Erwärmungselements geschaltet oder
elektrisch verbunden werden können,
um so die erforderlichen alternativen Wärmeeinstellungen bereitzustellen.
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Um in der Praxis die erforderlichen
Wärmeeinstellungen
zu erreichen werden die vier oder mehreren Enden der Leiter entweder
mit einem in der Leitung angeordneten Schalter oder einer Bettsteuereinheit
verbunden. In einigen Fällen
werden die koaxialen Erwärmungsleiter
selbst innerhalb einer Schutzumhüllung
von der Decke zu dem Schalter verlängert, in dem die erforderlichen
elektrischen Verbindungen hergestellt werden. In anderen Decken
werden die Enden der Erwärmungsleiter
mit herkömmlichen
verdrillten Bündelkupfer-Mehrkernkabeln
verbunden, die zu dem Schalter oder der Steuereinheit führen, wo
sie mit einer elektrischen Schaltungsanordnung zum Steuern der mehreren Wärmeeinstellungen
und mit der Überhitzungsschutz-Schaltungsanordnung
verbunden werden. In einigen Decken kann eine dazwischen liegende Mehrfachstiftstecker/Buchsenanordnung
zwischen der Decke und dem Verbindungskabel, das zu dem Schalter
oder der Steuereinheit führt,
bereitgestellt sein.
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In diesen beiden bekannten Anordnungen
ist die Zwischenverbindung oder das Mehrkernkabel des Umhüllungstyps
sperrig und schwer und relativ steif, insbesondere unter kalten
Bedingungen, und es kann deshalb schwierig sein, dieses zu handhaben und
wegzuspeichern, was zu Beschwerden von Benutzern als Folge der invasiven
Art der Kabel führt. Obwohl
elektrische Decken dieser Art zu einer großen Verringerung von Feuern
geführt
haben, die durch eine Überhitzung
der Decke verursacht werden, ist jedoch insbesondere ein Anstieg
der Anzahl von Feuern vorhanden gewesen, die durch eine Bogenbildung
als Folge eines Ausfalls der elektrischen flexiblen Verbindung,
die zu der Decke führt,
verursacht werden. Es wird nun allgemein akzeptiert, dass in den
vielen Decken auf dem Markt heutzutage, die gegenüber einer Überhitzung
gut geschützt
sind, der schwächste
Teil der Decke die Mehrkernverbindung zwischen der Decke und dem
Schalter oder der Steuerbox ist. Dies ist ein direktes Ergebnis
der Bereitstellung eines Überhitzungsschutzes
gewesen, weil es in frühen
einfachen elektrischen Decken, die verwendet wurden, um Betten vorzuwärmen, und
bei denen ein Überhitzungsschutz
nicht bereitgestellt wurde, möglich
war einfache dünne
Doppelkern-Rundbiegeverbindungen oder flache Doppelkabel zwischen
der Decke und dem Steuerschalter oder der Einheit zu verwenden.
Die Lebensdauer von derartigen Kabeln und das Widerstandsvermögen gegenüber einer
Ermüdung
und einem Ausfall durch eine Verbiegung ist um mehrere Faktoren
größer als
diejenige von insbesondere den sperrigen Vierkernkabeln, die nun
herkömmlicherweise
in Decken mit einem Überhitzungsschutz
verwendet werden.
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Der Einbau der voranstehend erwähnten forgeschrittenen Überhitzungsschutzsysteme
in Decken hat zu einem größeren öffentlichen
Vertrauen in die Verwendung von elektrischen Decken, nicht nur zum
Vorwärmen
eines Betts, sondern auch für
eine Verwendung über
der gesamten Nacht, geführt.
Diese zunehmende Tendenz, dass Personen auf oder unter elektrisch
erwärmten
Decken liegen, hat zu beträchtlichen
Forschungsanstrengungen geführt,
insbesondere in den U.S.A., bezüglich
der Frage, ob die Anwesenheit in nächster Nähe zu Erwärmungsleitern und die elektromagnetischen
Felder, die sie abstrahlen, irgendeinen ungünstigen Effekt auf den menschlichen
Körper
aufweist. Derartige Forschungen wurden zu Anfang durch die Bedenken
vieler medizinischer Experten wegen dem höheren Aufkommen von bestimmten
Krankheiten bei Personen, die in der Nähe von elektrischen Übertragungsleitungen
mit hoher Spannung leben, ausgelöst.
Die Feldstärken unter
derartigen Leistungsleitungen sind sehr viel höher als diejenigen, die von
elektrischen Deckenerwärmungselementen
ausgehen, und bis zum heutigen Tage ist kein echter Beweis gefunden
worden, dass diese elektromagnetischen Felder Verletzungen verursachen
können,
obwohl die Forschungsarbeiten fortdauern. Wegen des öffentlichen
Vertrauens ist es jedoch wünschenswert,
dass elektrische Decken so ausgelegt werden sollten, dass irgendwelche
elektromagnetischen Felder, die von dem elektrischen Strom herrühren, der
durch die Erwärmungselemente
fließt,
auf ein Minimum verringert werden.
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Ein anderer Nachteil von bekannten
elektrischen Decken mit fortgeschrittenen Überhitzungsschutzsystemen ist
das höhere
Auftreten eines Ausfalls einer elektrischen Komponente oder einer
Sicherung, selbst wenn eine Überhitzung
nicht aufgetreten ist. Der Hauptgrund für derartige Ausfälle ist der
transiente Ausfall von ein oder mehreren Komponenten, die in die Überhitzungsschutz-Schaltungsanordnung
eingebaut werden.
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Sehr oft beinhalten diese Überhitzungsschutz-Schaltungen
verschiedene Dioden, die manchmal über die Versorgungsanschlüsse "Rücken-An-Rücken" ("Back-to-Back")
angeordnet sind. Wenn sich ein Kurzschluss zwischen den koaxialen Erwärmungsleitern
entwickelt, als Folge eines Durchschmelzens der Isolationsschicht,
bewirkt der erhöhte
Stromfluss in diesen Dioden einen beträchtlichen Anstieg des Versorgungsstroms
von einem D.C. (Halbwellen-AC) auf einen Vollwellen-A.C., was dazu führt, dass
eine Seriensicherung ausgelöst
wird.
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In der Praxis ist jedoch festgestellt
worden, dass ein transienter Ausfall von einigen von diesen Schutzdioden
bewirkt, dass eine Seriensicherung auslöst, und zwar deswegen, weil
kein Begrenzungswiderstand in dem Sicherungspfad vorhanden ist. Somit
hat die Erhöhung
der Sicherheit und Zuverlässigkeit
der Decke in Bezug auf eine Überhitzung
zu erhöhten
Ausfällen
als Folge von nicht vorhergesehenen Ausfällen der Steuereinheit oder
der Schaltkomponente, verursacht durch transiente Hauptspannungsperturbationen,
geführt.
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Neuartige Anordnungen zum Beseitigen
der voranstehend erwähnten
Nachteile sind in der gleichzeitig anhängigen britischen Patentspezifikation
Nr. 2266201 beschrieben und beansprucht. Die vorliegende Erfindung
betrifft alternative neuartige Ausbildungen einer elektrischen Decke
oder eines anderen elektrisch erwärmten Felds, bei dem die voranstehend
erwähnten
Nachteile ebenfalls beseitigt werden können.
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Die
EP
0562850 beschreibt eine Anzahl von Erwärmungseinrichtungen mit einem
Erwärmungselement
und mit einer thermisch aktivierten Sicherungsanordnung, die betreibbar
ist, um eine Schaltung, die das Erwärmungselement enthält, für den Fall
zu unterbrechen, dass ein Kurzschluss in dem Erwärmungselement auftritt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein elektrischer Erwärmungsaufbau
vorgesehen, der aus einem elektrisch erwärmten Feld mit einem elektrischen
Erwärmungselement,
welches innere und äußere koaxiale
Spulenleiter getrennt durch eine elektrisch isolierende Schicht
umfasst, einer ersten Stromgleichrichtungseinrichtung, die in Serie
zwischen die Leiter elektrisch geschaltet ist, und einem einstellbaren
Steueraufbau zur Verbindung mit einer Wechselstrom-Hauptstromversorgung
besteht, wobei der Steueraufbau eine Steuereinrichtung zum Verändern der
Zuführung
von Strom an das Erwärmungselement,
eine thermisch betätigte
Sicherung, eine zweite Stromgleichrichtungseinrichtung und einen
Widerstand, der sich benachbart zu der Sicherung befindet und so
mit der zweiten Stromgleichrichtungseinrichtung verschaltet ist,
dass für
den Fall eines Kurzschlusses des ersten Stromgleichrichtungseinrichtung,
als Folge einer Überhitzung
der Leiter, was zu einem Durchbruch der Isolationsschicht führt, ein
ausreichender Strom durch den Widerstand fließt, um dessen Temperatur ausreichend
anzuheben, um die Sicherung auszulösen und die Schaltung, die
zu den Leitern führt,
zu unterbrechen, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromgleichrichtungseinrichtung
auf dem elektrisch erwärmten
Feld getragen wird, die erste Stromgleichrichtungseinrichtung und
das Erwärmungselement die
einzigen elektronischen Komponenten des Aufbaus sind, die auf dem
Feld getragen werden, wobei der einstellbare Steueraufbau getrennt
von dem Feld ist und mit den Leitern des Erwärmungselements über ein
flexibles elektrisches Doppelkernkabel, das einen entfernbaren Stecker-
und Buchsenverbinder beinhaltet, verbunden ist.
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Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Leiter
von im Wesentlichen dem gleichen elektrischen Widerstand.
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Der Steueraufbau kann angepasst werden, um
den Strom, der durch die Leiter während nur eines Polaritätszyklusses
der wechselnden Hauptstromversorgung fließt, zu verändern, wobei die erste Stromgleichrichtungseinrichtung
dazu dient, einen Fluss von Strom durch die Leiter während des
entgegengesetzten Polaritätszyklusses
der Hauptstromversorgung zu verhindern.
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Die Steuereinrichtung selbst kann
von irgendeiner Art sein, um einen Stromfluß nur in der Richtung zu erlauben,
die durch die erste Stromgleichrichtungseinrichtung zugelassen wird.
Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung ein SCR umfassen. In diesem
Fall kann die zweite Stromgleichrichtungseinrchtung parallel zu
der Steuereinrichtung und entgegensetzt dazu und in Serie zu dem
voranstehenden erwähnten
Widerstand geschaltet sein.
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Alternativ kann es sich bei der Steuereinrichtung
um die Art wie ein Triac oder einen mechanischen Regler handeln,
um einen Fluss von Strom in beide Richtungen zuzulassen, wobei die
zweite Stromgleichrichtungseinrichtung in Serie zu der Steuereinrichtung
geschaltet ist, und in der gleichen Richtung wie die erste Stromgleichrichtungseinrchtung,
und wobei der Widerstand parallel zu der zweiten Stromgleichrichtungseinrichtung
geschaltet ist.
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In einer weiteren Anordnung, bei
der es sich bei der Steuereinrichtung um eine Art handelt, um einen
Fluss von Strom in beiden Richtungen zu ermöglichen, kann eine dritte Stromgleichrichtungseinrichtung
vorgesehen sein, die zu der Steuereinrichtung in Serie geschaltet
ist, und in der gleichen Orientierung wie die erste Stromgleichrichtungseinrichtung,
wobei die zweite Stromgleichrichtungseinrichtung, in Serie zu dem
Widerstand, parallel zu der Steuereinrichtung und der dritten Stromgleichrichtungseinrichtung
geschaltet ist, wobei die zweiten und dritten Stromgleichrichtungseinrichtungen
entgegengesetzt verbunden sind.
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In jeder der obigen Anordnungen kann
jede der ersten, zweiten und/dritten Stromgleichrichtungseinrichtungen
eine Diode umfassen.
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Der Steueraufbau umfasst vorzugsweise eine
herkömmliche
durch einen Überstrom
betriebene Sicherung, die in Serie zu der Steuereinrichtung geschaltet
ist. Durch eine Sicherung, die mit einem Überstrom betrieben wird, ist
eine Sicherung gemeint, die ein stromführendes leitendes Element einschließt, das
als Folge eines direkten Ergebnisses eines Überstroms, der durch das leitende
Element selbst fließt,
geschmolzen wird, um so die Schaltung zu unterbrechen.
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Nachstehend ist eine ausführlichere
Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft angegeben, wobei Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
diagrammartige Darstellung einer elektrischen Decke und der dazugehörigen elektrischen
Schaltungsanordnung;
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2 eine ähnliche
Ansicht einer modifizierten Anordnung;
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3–6 alternative modifizierte
Ausbildungen eines Teils des Steueraufbaus für die elektrische Decke.
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Bezugnehmend auf 1 umfasst das Erwärmungselement der Decke (die
diagrammartig mit 9 bezeichnet ist) äußere und innere Spulenleiter
R1 und R2. Die innere Spule R2 kann um einen zentralen Kern 8 aus
Rayon gewickelt sein und ist mit einer dünnen Schicht aus einem elektrisch
isolierenden thermoplastischen Material bedeckt, welches diagrammartig
bei 10 angedeutet ist. Die äußere Spule R1 ist auf die Schicht
des Isolationsmaterials 10 gewickelt und ist dann selbst
in einer zweiten äußeren Isolierungsschicht 7 abgedeckt.
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Die isolierende thermoplastische
Schicht 10 zwischen den Spulen R1 und R2 kann entweder Plastik
mit einer niedrigen Schmelztemperatur, beispielsweise Äthylen oder
PVC mit einer höheren Schmelztemperatur
sein, wobei die Impedanz davon mit einem Anstieg in der Temperatur
abnimmt. Die äußere Schicht 7 um
die Spule R1 herum kann auch aus PVC gebildet sein.
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Das Erwärmungselement ist nur diagrammartig
in der Zeichnung gezeigt und wird in der Praxis in der Form eines
einzelnen flexiblen Kabels sein, welches an dem Gewebe der Decke 9 in
einem schildkrötenartigen
oder vernetzten Muster gesichert ist, so dass es sich über im Wesentlichen
die ganze Fläche
der Decke erstreckt, und zwar in einer altbekannten Weise. Die Konstruktion
und die Materialien der Decke selbst, das Muster, in dem das Erwärmungselement
angeordnet ist, und die Vorgehensweise, mit der es an der Decke
befestigt ist, bilden nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung
und werden deshalb nicht ausführlich
beschrieben werden. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden
alternative Ausbildungen einer Konstruktion, die verfügbar sind,
gut kennen.
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Die zwei Leiter R1 und R2 sind durch
eine Stromgleichrichtungseinrichtung in der Form einer Diode D1
in Serie geschaltet. Es ist ersichtlich, dass ein Ende des Leiters
R1 über
die Diode D1 mit dem gegenüberliegenden
Ende des Leiters R2 verbunden ist, so dass Strom durch beide Leiter
in der gleichen Richtung fließt.
Die Leiter R1 und R2 können
im Wesentlichen aus dem gleichen Widerstand gebildet sein, z. B.
ungefähr
250 Ohm.
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Die Enden der Leiter R1 und R2 an
der gegenüberliegenden
Seiten von ihren Verbindungen mit der Diode D1 sind über Drähte 11 mit
einer Steuereinheit 12 verbunden. Die Drähte 11 können eine
einfache elektrische Doppelkern-Biegeverbindung einer altbekannten
Art umfassen und können
einen einfachen Doppelkern-Stecker und eine Buchse 16 beinhalten.
Die Biegeverbindung kann rund oder flach sein oder kann von einer
koaxialen Konstruktion sein. Die Biegeverbindung kann irgendeine
zweckdienliche Länge
aufweisen, so dass die Steuereinheit 12 an irgendeiner
zweckdienlichen Position in Bezug auf die elektrische Decke angeordnet
werden kann. Da nur eine Doppelkern-Biegeverbindung benötigt wird, ist
die Biegeverbindung nicht schwer, nicht steif oder invasiv und kann
in zweckdienlicher Weise gelegt oder angeheftet werden, so dass
die Steuereinheit 12 z. B. auf einem Betttisch oder an
irgendeiner anderen zweckdienlichen Position positioniert werden
kann oder in einem Schalter in der Nähe der Decke, der in der Leitung
angeordnet ist, verkörpert
werden kann.
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Ferner kann die Decke von der Steuereinheit 12 getrennt
werden, durch Trennen des Steckers und der Buchse 16, so
dass die Decke gewaschen werden kann. Dies ist mit herkömmlichen
elektrischen Decken im Allgemeinen nicht möglich, bei denen als Folge
der Notwendigkeit einer Verwendung von schweren beschichteten oder
Mehrkern-Verbindungskabeln die Steuereinheit in der Praxis permanent
mit der Decke verbunden sein muss.
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Der Draht 11, der zu der
Spule R1 führt,
ist in der Steuereinheit 12 mit dem Leitungsanschluss 13 einer
elektrischen Hauptstromversorgung durch eine thermisch betätigte Sicherung
F1 verbunden. Der andere Draht 11, der von der inneren
Spule R2 führt,
ist mit dem neutralen Anschluss 14 der Hauptstromversorgung
durch einen Thyristor S1 verbunden, der durch eine manuell einstellbare
Steuerschaltung gesteuert wird, die diagrammartig bei 15 angezeigt
ist.
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Über
den Thyristor S1 ist parallel eine zweite Schaltungsgleichrichtungseinrichtung
in der Form einer Nebenschlussdiode D2 in Serie zu einem Widerstand
R3 geschaltet. Die Diode D2 ist entgegengesetzt zu der Diode D1
verschaltet, d. h. sie ist angeordnet, um Strom in die entgegengesetzte
Richtung zu derjenigen, die durch die Diode D1 zugelassen wird,
zu führen.
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Der Widerstand R3 ist benachbart
zu der Sicherung F1 angeordnet und ist thermisch mit ihr gekoppelt,
wie diagrammartig bei 16 in 1 gezeigt. Die
thermische Sicherung kann typischerweise von einer keramischen oder
metall-axialen Konstruktion sein und kann thermisch mit dem Widerstand
R3 durch einen Körper
aus Fett, Harz oder Farbe gekoppelt sein, um das Ansprechverhalten
zu verbessern. Die thermische Sicherung könnte angeordnet sein, um betrieben
zu werden, wenn sie auf eine Temperatur in dem Bereich von 75°–125°C angehoben
wird.
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Die thermische Sicherung F1 kann
zum Beispiel von der Art sein, bei der Wärme von dem Widerstand R3 bewirkt,
dass Plastik oder eine Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt
in der Sicherung schmilzt, was wiederum ermöglicht, dass zwei Kontakte
auseinander gedrängt
werden, die den Laststrom des Geräts führen und die normalerweise durch
das Plastik oder die Legierung zusammengehalten werden. Der Betrieb
einer derartigen Sicherung ist im Wesentlichen unabhängig von
dem Strom, der durch die Sicherung selbst fließt, und hängt nur von dem Strom ab, der
durch den zugehörigen
Widerstand fließt.
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Der Deckenaufbau arbeitet wie folgt:
in einem normalen Betrieb der Decke fließt Strom durch R1, D1, R2 und
S1 in den positiven Halbzyklen der Hauptstromversorgung, wobei der
Strom von der manuellen Einstellung der Thyristorsteuerschaltung 15 abhängt. Die
Diode D2 und der Widerstand R3 führen keine
Funktion aus, wenn das Erwärmungselement normal
arbeitet, da die Diode D2 entgegengesetzt zu der Richtung des Stroms
während
der positiven Halbzyklen, wenn der Strom durch die Spulen R1 und
R2 fließt,
ist.
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Wenn eine Überhitzung des Erwärmungselements
wegen irgendwelcher Gründe
auftritt, wird die isolierende thermoplastische Schicht 10 zwischen den
Spulen schmelzen, um so einen Kurzschluss oder einen Pfad mit niedriger
Impedanz zwischen den Spulen R1 und R2 an der Stelle zu verursachen, wo
die Isolation schmilzt. Als Folge dieses Kurzschlusses oder dieses
Pfads mit niedriger Impedanz wird ein Stromfluß durch R1 und R2 sowohl in
den positiven als auch negativen Halbzyklen der Hauptstromversorgung
im Hinblick auf den Kurzschluss über
der Diode D1 beginnen. Während
der negativen Halbzyklen der Hauptstromversorgung wird die Nebenschlussdiode
D2 nun ermöglichen,
dass Strom durch den Widerstand R3 fließt. Der Widerstand R3 ist wesentlich
größer als
der Widerstand von R1 und R2. Zum Beispiel können die Leiter R1 und R2 jeweils
einen Widerstand von 240 Ohms aufweisen, wobei hingegen der Widerstand
R3 einen Widerstand von 5600 Ohms aufweisen kann. Demzufolge erscheint
der größte Teil
der negativen Zuführungsspannungszyklen über den
Widerstand R3, wobei bewirkt wird, dass er sich schnell erwärmt und
wobei bewirkt wird, dass die Sicherung F1 durchbrennt, wodurch die
Decke 9 und der Steueraufbau 12 von der Hauptstromversorgung
isoliert wird.
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In einer typischen Decke von beispielsweise 60
W bei 240 V gilt:
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Für
den Fall eines Fehlers wird der Versorgungsstrom als Folge des Stroms,
der nun durch R1, R2, D2 und R3 in negativen Halbzyklen fließt, geringfügig zunehmen.
d. h. der Fehlerstrom
wird nur ungefähr
10% von dem normalen Eingangsstrom sein.
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Fehlerleistung in R3 = 0,032 × 5600
= 5 Watt
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Diese Leistung ist mehr als ausreichend,
um die Sicherung F1 innerhalb von nicht mehr als 30 Sekunden von
der Erregung des Widerstands auszulösen.
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In der Anordnung der 1 ist das Ende des Spulenleiters R1 über die
Diode D1 mit dem gegenüberliegenden
Ende des Spulenleiters R2 verbunden. Demzufolge ist der Stromfluss
durch die Spulen R1 und R2 in der gleichen Richtung. Als Folge davon werden
irgendwelche elektromagnetischen Felder, die von den zwei Spulen
erzeugt werden, kombiniert werden. Wie voranstehend erwähnt gibt
es einige Bedenken, obwohl ohne durchschlagenden Beweis, dass die
von einer elektrischen Decke erzeugten elektromagnetischen Felder
einen ungünstigen
Einfluss auf den menschlichen Körper
ausüben
können, insbesondere
im Hinblick auf die zunehmende Tendenz, dass Personen auf oder unter
einer elektrisch erwärmten
Decke über
der gesamten Nacht liegen.
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2 zeigt
eine Modifikation der in 1 gezeigten
Anordnung, die dafür
ausgelegt ist, um irgendwelche elektromagnetischen Felder, die sich von
dem elektrischen Stromfluss durch die Spulenleiter ergeben, auf
ein Minimum zu verringern. In der Anordnung der 2 sind die benachbarten Enden der Leiter
R1 und R2 durch die Diode D1 verbunden. Als Folge davon fließt der Strom
in entgegengesetzte Richtungen in den zwei Leitern, so das die elektromagnetischen
Felder, die von den Leitern erzeugt werden, eine Tendenz aufweisen,
einander auszulöschen.
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Die Anordnung der 1 weist den Vorteil auf, dass dann, wenn
ein Fehler auftritt, der sich ergebende effektive Widerstand der
zwei Leiter ungefähr
der gleiche sein wird, und zwar unabhängig von der Position, wo der
Fehler auftritt. In der modifizierten Anordnung der 2 wird sich andererseits der effektive
Widerstand wesentlich in Abhängigkeit
davon verändern,
wo der Fehler auftritt. Wenn der Fehler an dem rechten Ende des
Leiters, benachbart zu der Diode D1, auftritt wird somit der effektive
Widerstand relativ nahe zu den kombinierten Widerständen der
zwei Leiter sein. Wenn der Fehler an dem linken Ende des Erwärmerelements
auftritt, entfernt von der Diode D1, wird dies jedoch zu einem virtuellen
Kurzschluss führen,
der einen massiven Anstieg in dem Stromfluss bewirkt.
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Um die Steuereinrichtung S1 für den Fall
eines derartigen Ausfalles zu schützen, wird deshalb eine herkömmliche
durch einen Überstrom
ausgelöste
Sicherung F2 in der Schaltung in Serie zu der Steuereinrichtung
S1 vorgesehen, wie in 2 gezeigt.
Die Sicherung F2 kann von einem robusten Typ sein, z. B. mit einer
Nennleistung von 2 Amp, da ihr einziger Zweck darin besteht, einen
Schutz gegenüber
Fehlern in der Nähe
des linken Endes des Erwärmungselements
bereitzustellen. Normalerweise würde
der Widerstand R3 noch mit Energie versorgt, wenn ein Fehler auftritt,
was bewirkt, das die Sicherung F1 vor der Sicherung F2 auslöst. Jedoch
verhindert der Einbau der herkömmlichen
Sicherung F2 das Auftreten des Kurzschlussausfalls der Einrichtung S1,
was ansonsten verhindern würde,
dass der Widerstand R3 und die Sicherung F1 aktiviert werden.
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Bei der Sicherung F2 kann es sich
um irgendeine geeignete Form handeln und sie kann zum Beispiel eine
feine Drahtpatrone oder einen schmelzbaren Widerstand mit einem
niedrigen Ohmschen Wert umfassen.
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In den Anordnungen der 1 und 2 ist die Steuereinrichtung S1 als ein
SCR gezeigt, dessen Tastverhältniszyklus
den Wärmebetrag
vorgibt, der in der Decke entwickelt wird. Jedoch ist die Endung nicht
auf die Verwendung von Steuereinrichtungen dieses Typs beschränkt und
ein ähnlicher
Effekt könnte
durch Verwendung eines Triac oder eines mechanischen Schaltreglers
erzielt werden. Jedoch würden
derartige Einrichtungen ebenfalls einen Stromfluss in dem negativen
Zyklus der Hauptstromversorgung erlauben und im Hinblick darauf
wird eine Umordnung der Schutzkomponenten benötigt. Die 3–6 zeigen derartige alternative
Anordnungen.
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In der Anordnung der 3 ist die Steuereinrichtung S1 ein Triac
und in diesem Fall ist der Widerstand R3 in Serie zu dem Triac angeordnet.
Die Diode D2 ist parallel zu dem Widerstand R3 geschaltet, ist aber
nun orientiert, um einen Stromfluss in der gleichen Richtung wie
die Diode D1 zuzulassen, anstelle in der entgegengesetzten Richtung,
so wie dies der Fall in den Anordnungen der 1 und 2 war.
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Wenn die Diode Dl einen Stromfluss
durch das Erwärmungselement
nun während
des positiven Halbzyklusses erlaubt überbrückt die Diode D2 den Widerstand
R3, so dass dieser nicht mit Energie versorgt wird. Während eines
normalen Betriebs der Decke existiert kein Stromfluss während des
negativen Zyklus. Wenn jedoch ein Fehler auftritt findet auch ein
Stromfluss während
des negativen Zyklus statt und dies wird durch das Triac S1 zugelassen.
Jedoch ist die Orientierung der Diode D2 derart, dass diesem Stromfluss
nicht erlaubt wird an dem Widerstand R3 vorbeizugehen und er fließt deshalb
durch den Widerstand, wobei bewirkt wird, dass er erwärmt wird und
die Sicherung F1 triggert.
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5 zeigt
eine ähnliche
Anordnung, die in der gleichen Weise für den Fall arbeitet, bei dem
die Steuereinrichtung S1 ein mechanischer Schaltregler ist, wie
diagrammartig in 5 angezeigt.
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4 zeigt
eine alternative Anordnung, bei der die Steuereinrichtung S1 ein
Triac ist. In diesem Fall ist der Widerstand R3 und die Diode D2
parallel zu der Steuereinrichtung S1 geschaltet, in einer ähnlichen
Weise wie bei den Anordnungen der 1 und 2, aber in diesem Fall ist
eine weitere Diode D3 in Reihe zu dem Triac S1 und entgegengesetzt
zu der Diode D2 geschaltet.
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Der Effekt der zusätzlichen
Diode D3 besteht darin, sicherzustellen, dass Strom nur durch das
Triac S1 in dem positiven Halbzyklus der Hauptstromversorgung fließt. Wenn
ein Fehler in dem Erwärmer auftritt,
verhindert die Diode D3 einen Stromfluss durch das Triac S1 in dem
negativen Halbzyklus und ein derartiger Strom fließt anstelle
davon durch den Widerstand R3, wobei eine Auslösung der Sicherung F1 wie zuvor
bewirkt wird.
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6 zeigt
eine ähnliche
Anordnung wie 4, bei
der die Steuereinrichtung S1 ein mechanischer Schaltregler ist.
Die Anordnung arbeitet ansonsten in einer ähnlichen Weise wie die Anordnung der 4.
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In sämtlichen beschriebenen Anordnungen fließt der Erwärmungsstrom
in dem positiven Halbzyklus durch die Steuereinrichtung S1 unabhängig davon,
welche Form er aufweist, wohingegen in dem Fall eines Fehlers jeglicher
Strom, der in dem negativen Halbzyklus fließt, immer durch den Sicherungserwärmungswiderstand
R3 geführt
wird.
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In Anordnungen gemäß der vorliegenden
Erfindung fließt
in einem normalen Betrieb der gleiche Strom immer in beiden Erwärmungsleitern
R1 und R2 gleichzeitig, wobei ein derartiger Strom durch die manuelle
Einstellung der Steuereinrichtung S1 gesteuert wird. Dies erlaubt,
dass die elektrische Decke mit dem Steueraufbau durch ein einfaches
flexibles Doppelkernkabel mit den Vorteilen, die dieses bereitstellt, verbunden
werden kann. In den meisten herkömmlichen
Anordnungen wird eine Veränderung
in dem Erwärmungseffekt
des Erwärmungselements
durch Schalten der Verbindungen zwischen den Leitern erreicht, so
dass vier Wärmeeinstellungen
in Abhängigkeit
davon bereitgestellt werden, ob der Strom in dem einen oder dem
anderen der zwei Leiter, in beiden Leitern parallel oder in beiden
Leitern in Serie fließt. Dies
beinhaltet ein Verbinden von sämtlichen
vier Enden der zwei Leiter mit einem Steuerschalter, was, wie voranstehend
erwähnt,
die Verwendung eines sperrigen und steifen Mehrkernkabels zwischen
der Decke und dem Steueraufbau erfordert.
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In Anordnungen gemäß der Erfindung
ist der gesamte Widerstand der Erwärmungsleiter R1 und R2 immer
in Serie zu der Diode D1 und der Steuereinrichtung S1 während eines
normalen Betriebs, so dass ein transienter Ausfall jeder Einrichtung
sehr unwahrscheinlich ist. In ähnlicher
Weise wird auch verhindert, dass transiente Spikes, die kapazitiv
von einem Erwärmungsleiter
an den anderen transferiert werden, eine Beschädigung an der Diode D2 über dem
seriellen Widerstand R3 verursachen.
