DE69808143T2 - Elektrische flachenheizung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft das Gebiet elektrisch beheizter Felder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf elektrisch beheizte Felder mit Sensordrähten in dem Feld, zwischen welchen die elektrische Impedanz erfaßt wird, um ein Maß der Temperatur des Feldes zu gewinnen.
• Es ist bekannt, elektrisch beheizte Felder in der Form von elektrischen Heizdecken für Betten vorzusehen, die ein Heizelement, welches einem zickzackförmigen Weg durch die Decke folgt, einschließt. Nimmt man an, daß solche Vorrichtungen ohne Überwachung benutzt werden, um ein Bett vorzuheizen, oder über Nacht benutzt werden, während die im Bett liegende Person schläft, ist es erwünscht, daß die Vorrichtung Maßnahmen aufweisen sollte, um zu verhindern, daß sich gefährliche Überhitzungszustände entwickeln. Dieses Problem wird schwieriger durch die sich verändernden Isolationsniveaus, welche über der Heizdecke vorgesehen sein können, um die bei einem gegebenen Energieeingangswert erhaltene Temperatur merklich variieren zu lassen. Ferner ist die Temperatur, auf welche das Bett vorgeheizt werden soll, oder die Nachteinstellung, die benutzt werden sollte, schwierig zu steuern, wenn man nur voreingestellte Energieniveaus benutzt.
• Aus den vorstehenden Gründen ist vorgeschlagen worden, zusätzlich zu dem Heizdraht Sensordrähte in der Decke vorzusehen, zwischen denen sich eine auf Temperatur ansprechende Schicht mit einer Impedanz befindet, die sich mit der Temperatur verändert. Eine solche Anordnung ist in der GB-A-746,017 beschrieben. Auf diese Art kann die Impedanz zwischen den Sensordrähten gemessen werden, um eine Anzeige der tatsächlichen Temperatur in der Decke zu gewinnen, und dieses Signal kann dann zurückgeführt werden, um die Energieeinstellung oder einen Sicherungsautomaten zu steuern.
• Eine Aufgabe bei solchen elektrisch beheizten Feldern ist es, die Zuverlässigkeit des Betriebes zu erhöhen, dadurch die Sicherheit zu erhöhen und die Herstellungskosten des Feldes zu verringern.
• Hinsichtlich eines Aspekts ist eine elektrisch beheizte Feldvorrichtung vorgesehen, welche aufweist:
• Ein Heizelement mit einem Heizleiter, einem ersten Temperaturabfühlleiter und einem zweiten Temperaturabfühlleiter, wobei der Heizleiter, der erste Temperaturabfühlleiter und der zweite Temperaturabfühlleiter koaxial und einstückig gebildet sind, der erste Temperaturabfühlleiter und der zweite Temperaturabfühlleiter durch eine auf Temperatur ansprechende Schicht mit einer Impedanz separiert sind, die mit der Temperatur variiert, wobei der Heizleiter von dem ersten Temperaturabfühlleiter und dem zweiten Temperaturabfühlleiter durch eine Isolierschicht getrennt ist; und einen Temperaturabfühlkreis, der mit dem ersten Temperaturabfühlleiter und dem zweiten Temperaturabfühlleiter für die Steuerung des Stromes verbunden ist, welcher durch den Heizleiter in Abhängigkeit von einer abgefühlten Impedanz der auf die Temperatur ansprechenden Schicht fließt.
• Das Vorsehen des Heizdrahtes und der Sensordrähte zusammen in demselben Heizelement stellt sicher, daß die Sensordrähte mit dem Heizdraht in exzellentem, thermischem Kontakt stehen und so der maximalen Temperatur ausgesetzt sind, die in der Decke herrscht. Da außerdem das Heizelement alle die Drähte enthält, die durch die Decke durchströmt werden müssen, braucht nur das einzige Element durch den Zickzackweg in der Decke zugeführt zu werden, wodurch die Herstellungskosten im Vergleich dazu, daß man sowohl ein Heizelement als auch ein separates Abfühlelement anzubringen hat, reduziert werden.
• Der Heizleiter und die Abfühlleiter könnten in dem Heizelement in unterschiedlicher relativer Ordnung angeordnet werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Heizleiter in dem Heizelement radial außerhalb des ersten Temperaturabfühlleiters und des zweiten Temperaturabfühlleiters angeordnet. Diese Anordnung erlaubt es, daß der Heizleiter die Decke wirksam erwärmt, ohne daß die Abfühlleiter eine Sperre schaffen.
• Die Zerreißfestigkeit und die Zuverlässigkeit des Betriebes des Heizelementes ist bei Ausführungsformen verbessert, bei denen ein radial innerster Leiter ein gerader Leiter ist, der längs einer Mittelachse des Heizelements verläuft, wobei radial äußere Leiter schraubenförmig um die Mittelachse gewickelt sind.
• Die Sicherheit der Decke ist bei Ausführungsformen verbessert, bei welchen zwei Leiter in entgegengesetzten Richtungen um eine Mittelachse des Heizelements schraubenförmig gewickelt sind, und die elektrisch erwärmte Feldvorrichtung eine Schaltung aufweist für das Erfassen eines Kurzschlusses zwischen den Leitern. Wenn ein Überhitzungszustand entsteht, derart, daß die Isolation zwischen den Leitern schmilzt, dann schließt der gegengewickelte Leiter selbst dann kurz, wenn die Überhitzung genau geortet wird und dieser Kurzschlußstrom erfaßt werden kann.
• Eine wirksame und preiswerte auf Temperatur ansprechende Schicht ist dotiertes Polyvinylchlorid.
• Auf Temperatur ansprechende Eigenschaften, die gut für die Verwendung in einem beheizten Feld geeignet sind, sind vorgesehen, wenn das Polyvinylchlorid mit Stearyldimethylbenzylammoniumchlorid dotiert ist.
• Einen wirksamen Betrieb und einen preiswerten Aufbau erhält man, wenn mindestens einer von folgenden Leitern: Heizleiter, der erste Temperaturabfühlleiter und der zweite Temperaturabfühlleiter Kupferdraht aufweist.
• Ein vorteilhaftes Preis/Leistungsverhältnis erhält man bei Ausführungsformen, bei denen die schraubenförmig gewickelten Leiter zwischen 800 und 1500 Windungen pro Meter haben.
• Zusätzlich zur Steuerung der normalen Energieeinstellung können die Sensordrähte in vorteilhafter Weise in Ausführungsformen verwendet werden, die eine Überhitzungsschutzschaltung haben, welche auf die Temperaturabfühlschaltung anspricht und den Stromfluß durch den Heizleiter unterbricht, falls die abgefühlte Temperatur des Heizelements einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
• Eine wirksame, ausfallsichere Isolation der Schaltung ist bei Ausführungsformen vorgesehen, bei welchen die Überhitzungsschutzschaltung eine Wärmesicherung aufweist, die angeordnet ist, eine Stromzufuhr zu der Vorrichtung zu unterbrechen, wenn die abgefühlte Temperatur des Heizelements den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
• Während die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen elektrisch beheizter Feldvorrichtungen verwendet werden kann, ist sie besonders gut für die Verwendung in einer Heizdecke geeignet.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Bei denen zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise abgeschnittene Ansicht eines Heizelements für eine Heizdecke; und
• Fig. 2 eine Schaltung für ein elektrisch beheiztes Feld unter Verwendung des Heizelements der Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt eine teilweise abgeschnittene Ansicht eines Heizelements 2. Das Heizelement 2 weist einen äußeren Heizleiter 4, einen ersten Temperaturabfühlleiter 6 und einen zweiten Temperaturabfühlleiter 8 auf. Der Heizleiter 4 und der erste Temperaturabfühlleiter 6 weisen Kupferdraht auf. Der zweite Temperaturabfühlleiter 8 ist ein gerader einzelner Litzendraht, der längs der Achse des Heizelements 2 liegt. Der erste Temperaturabfühlleiter 6 ist schraubenförmig um den zweiten Temperaturabfühlleiter 8 herumgewickelt. Eine Schicht aus dotiertem Polyvinylchlorid 10 ist zwischen dem zweiten Temperaturabfühlleiter 8 und dem ersten Temperaturabfühlleiter 6 angeordnet. Die Impedanz dieser dotierten Polyvinylchloridschicht 10 verändert sich mit der Temperatur.
• Eine Isolierschicht 12 ist um den ersten Temperaturabfühlleiter 6 vorgesehen. Der Heizleiter 4 ist schraubenförmig um diese Isolierschicht 12 mit einer Windungsrichtung herumgewickelt, die der des ersten Temperaturabfühlleiters 6 entgegengesetzt ist. Eine äußere Isolierschicht 14 ist über dem Heizleiter 4 vorgesehen und bildet die äußere Oberfläche des Heizelements 2. Die Isolierschicht 12 ist so ausgewählt, daß sie einen Schmelzpunkt derart hat, daß wenn sich ein Überhitzungszustand längs des Heizelements 2 entwickelt, dann die Isolierschicht 12 derart weich wird, daß der Heizleiter und der erste Temperaturabfühlleiter miteinander in Kontakt kommen und einen "Kurzschluß" vorsehen, der von der Deckensteuerung erfaßt und benutzt werden kann, um einen Sicherungsautomatenmechanismus auszulösen.
• Die dotierte Polyvinylchloridschicht 10 kann mit Steryldimethylbenzylammoniumchlorid dotiert sein, um sie mit der Eigenschaft zu versehen, daß ihre Impedanz in dem gewünschten Betriebstemperaturbereich mit der Temperatur variiert. Die Steigung des ersten Temperaturabfühlleiters 6 und des Heizleiters 4 können im Bereich von 800 und 1500 Windungen pro Meter liegen.
• Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Schaltung eines erwärmten Feldes. Ein elektrisch gewärmtes Feld 22, auch eine Platte oder Tafel, ist mit einem Heizelement 2 versehen, welches in einem Zickzackmuster durch das erwärmte Feld 22 läuft. Ein Stecker- und Buchseblock 24 ist mit der Kante des erwärmten Feldes 22 verbunden. Dieses verbindet das erwärmte Feld 22 über ein Dreifachkabel 26 mit einer Feldsteuerung 29. Das dreiadrige flexible Kabel 26 weist eine gemeinsame Erdleitung 16 auf, die an einem Ende mit dem Heizleiter 4 und beiden Enden des ersten Temperaturabfühlleiters 6 gekoppelt ist. Eine Heizenergieleitung 18 ist mit dem anderen Ende des Heizleiters 4 verbunden. Eine Impedanzabfühlleitung 20 ist mit beiden Enden des zweiten Temperaturabfühlleiters 8 verbunden.
• In der Feldsteuerung 28 ist eine Energiesteuerung 30 vorgesehen, die wahlweise ein Triac 32 leitend macht, um einen gewünschten Anteil von Speisespannungshalbzyklen durch den Heizleiter 4 durchzulassen und dadurch das Energieniveau des Heizelements 2 zu steuern. Eine Kurzschlußerfassungsschaltung 34 ist vorgesehen, um Kurzschlüsse zwischen der Heizenergieleitung 18 und der gemeinsamen Erdleitung abzufühlen. Wenn solche Kurzschlüsse erfaßt werden, dann läßt die Kurzschlußerfassungsschaltung ein Signal zu der Steuerschaltung durch, um die Steuerschaltung 30 zu steuern, um das Triac 32 ganz nichtleitend zu machen.
• Eine Impedanzerfassungsschaltung 36 ist vorgesehen, um die Impedanz zwischen der Impedanzabfühlleitung 20 und der gemeinsamen Erdleitung 16 abzufühlen. Die Impedanzerfassungsschaltung 36 ist somit in der Lage, in wirksamer Weise die Temperatur des Heizelements 2 zu messen. Diese Messung kann ein Rückmeldungssignal (feedback-Signal) zu der Steuerschaltung 32 schaffen, um das Energieniveau einzustellen, von dem Triac 32 durchgelassen zu werden, um eine gewünschte Temperatur des Heizelements 2 zu erreichen. Wenn die Impedanzerfassungsschaltung 36 eine Impedanz erfaßt, die auf eine Überhitzung des Heizelements 2 hinweist, dann kann sie einen ausfallsicheren Mechanismus aktivieren, um die Energiequelle bzw. das Netz durch Brechen einer thermischen Sicherung 38 über den Widerstand 40 von dem erwärmten Feld abzuschalten.

Claims (11)

1. Elektrisch beheizte Feldvorrichtung mit:

einem Heizelement (2) mit einem Heizleiter (4), einem ersten Temperaturabfühlleiter (6) und einem zweiten Temperaturabfühlleiter (8), wobei der Heizleiter (4), der erste Temperaturabfühlleiter (6) und der zweite Temperaturabfühlleiter (8) koaxial und einstückig geformt sind, der erste Temperaturabfühlleiter (6) und der zweite Temperaturabfühlleiter (8) durch eine auf Temperatur ansprechende Schicht (10) mit einer Impedanz getrennt sind, die mit der Temperatur variiert, und der Heizleiter (4) von dem ersten Temperaturabfühlleiter (6) und dem zweiten Temperaturabfühlleiter (8) durch eine isolierende Schicht (12) getrennt ist; und

einer Temperaturabfühlschaltung (28), die mit dem ersten Temperaturabfühlleiter (6) und dem zweiten Temperaturabfühlleiter (8) zur Steuerung des Stromes, welcher durch den Heizleiter (4) fließt, in Abhängigkeit von einer abgefühlten Impedanz der auf Temperatur ansprechenden Schicht (10) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Heizleiter (4) in dem Heizelement radial nach außerhalb des ersten Temperaturabfühlleiters (6) und des zweiten Temperaturabfühlleiters (8) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein radial innerster Leiter (4, 6, 8) ein gerader Leiter ist, der längs einer Mittelachse des Heizelements (2) läuft, wobei ein radial äußerer Leiter (4, 6; 8) schraubenförmig um die Mittelachse herumgewickelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei zwei der Leiter (4, 6, 8) schraubenförmig in entgegengesetzten Richtungen um eine Mittelachse des Heizelements (2) herumgewickelt sind und die Vorrichtung für das elektrisch erwärmte Feld eine Schaltung (3, 4) für die Erfassung eines Kurzschlusses zwischen den Leitern (4, 6, 8) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf Temperatur ansprechende Schicht (10) dotiertes Polyvinylchlorid ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Polyvinylchlorid mit Stearyldimethylbenzylammoniumchlorid dotiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der folgenden Leiter: der Heizleiter (4), der erste Temperaturabfühlleiter (6) und der zweite Temperaturabfühlleiter (8) Kupferdraht aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die schraubenförmig gewickelten Leiter zwischen 800 und 1500 Windungen pro Meter haben.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Überhitzungsschutzschaltung, welche auf die Temperaturabfühlschaltung (28) anspricht, um den Stromfluß durch den Heizleiter (4) zu unterbrechen, sollte die abgefühlte Temperatur des Heizelements (2) einen vorbestimmten Schwellwert überschreiben.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überhitzungsschutzschaltung eine Wärmesicherung (38) einschließt, die angeordnet ist, die Stromzufuhr zu der Vorrichtung zu unterbrechen, wenn die abgefühlte Temperatur des Heizelements (2) den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung für das elektrisch beheizte Feld eine Heizdecke ist.