DE2157356C2

DE2157356C2 - Elektrisches Heizelement

Info

Publication number: DE2157356C2
Application number: DE19712157356
Authority: DE
Inventors: Thomas Maria de Meern Vernooy
Original assignee: Koninklijke Fabriek Inventum BV
Current assignee: Koninklijke Fabriek Inventum BV
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1971-11-19
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE2157356A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement mit einer von einer Isolatoranordnung umgebenen elektrischen Widerstandsanordnung mit positivem Temperaturkoeffizienten.

Heizelemente dieser Art werden für elektrisch beheizbare Bettdecken verwandt Diese sollen die folgenden Anforderungen erfüllen:

Die Temperatur unter der Bettdecke soll unabhängig von der Zimmertemperatur konstant gehalten werden. Die Bettdecke soll vor Überhitzung infolge von Kurzschlüssen der der Bettdecke zugeordneten Regelapparatur wie Transformatoren, Triacs, Thermostaten und dergleichen, geschützt sein. Die Bettdecke soll vor örtlich zu hohen Temperaturen gesichert werden, die sich beispielsweise beim Falten der Bettdecke in energiegespeistem Zustand oder beim Um- bzw. Unterschlagen des Deckenfries oder beim Einschieben desselben zum Beispiel zwischen Bettgestell und Matratze ergeben können.

Damit die Bettdecke schnell die erwünschte Temperatur annehmen kann, sind Transformatoren mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen verwandt worden, wobei weiterhin ein Schalter vorgesehen ist, um das Heizelement in Reihenfolge mit den unterschiedlichen Abgriffen der jeweiligen Sekundärwicklung des Transformators zu verbinden. Auf diese Weise wird der elektrisch beheizbaren Bettdecke anfangs eine verhältnismäßig hohe Leistung zugeführt, die dann, nachdem die erwünschte Temperatur erreicht ist, auf etwa die Hälfte herabgemindert wird, so daß die erwünschte Temperatur aufrechterhalten wird.

Abgesehen davon, daß es hier erforderlich ist, die Rückschaltung der Energiezufuhr von Hand vorzunehmen, wird auf diese Weise nur die eine Anforderung erfüllt, daß die erwünschte Temperatur der Bettdecke schnell erreichbar sein soll, während den übrigen oben geschilderten Forderungen hiermit nicht gerecht zu werden ist

Zum Konstanthalten der Temperatur unter der Bettdecke unabhängig von der Zimmertemperatur sind auch schon Thermostaten zur Verwendung gekommen, welche die der Bettdecke zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der Zimmertemperatur regeln. Eine solche Thermostatregelung hat sich jedoch aus vielerlei Gründen als unzureichend erwiesen. Mit ihr ist es nämlich nicht in zufriedenstellender Weise möglich, die

Bettdecke schnell die örwßBSchte Temperatur annehmen zu lassen. Auch das Erfordernis einer Sicherung vor Kurzschluß oder vor örtlich zu hohen Temperaturen, welche als sogenannte »hot spots« gefürchtet sind, ist mit einer solchen bekannten Thermostatregelung nicht zu befriedigen. Diese ermöglicht es auch nicht, die Temperatur unter der Bettdecke konstant zu halten, da diese Temperatur nicht nur von der Zimmertemperatur allein, sondern auch von der Art und Weise der Anordnung der Bettdecke abhängt ι ο

Ferner sind elektrisch erwärmte Bettdecken bekannt, bei denen mittels eines temperaturempfindlichen Elementes die Temperatur der Bettdecke selbst gemessen und in Abhängigkeit von dieser gemessenen Temperatur die der Bettdecke zugeführte elektrische is Leistung geregelt wird Diese Regelung ermöglicht es zwar, die erwünschte Temperatur der Bettdecke schnell zu erreichen, die Temperatur unabhängig von der Zimmertemperatur konstant zu halten und außerdem eine Sicherung vor Überhitzung infolge Kurzschlusses der Regelapparatur und vor örtlich zu hohen Temperaturen an beispielsweise Faltstellen der Bettdecke zu erzielen. Bei dieser Bettdecke muß jedoch zusätzlich zum Heizelement ein temperaturempfindliches Element in der Decke eingewebt sein, um die tatsächlich herrschende Bettdeckentemperatur selbst überhaupt messen zu können, so daß der Aufwand an Arbeitsvorgängen und Kosten vergleichsweise sehr hoch ist

Um hier Abhilfe zu schaffen, hat man gemäß der DE-OS 16 15 273 bei einer elektrisch beheizten Bettdecke bereits ein Heizelement gattungsgemäßer Art vorgesehen, bei welchem der positive Temperaturkoeffizient der elektrischen Widerstandsanordnung dadurch erbracht wird, daß diese aus zwei elektrischen Leitern gebildet ist, zwischen denen über ihrer gesamten Länge ein Dielektrikum mit positivem Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes angeordnet ist Dieses bekannte Heizelement ermöglicht es, die eingangs beschriebenen Forderungen gleichzeitig zu erfüllen, indem nämlich sich die erwünschte Arbeitstem- "to peratur der Bettdecke bei einem bestimmten Gleichgewichtszustand von entsprechend dem dieser Temperatur zugeordneten Widerstand zugeführter elektrischer Leistung und abgeführter Wärmeleistung einstellt, im übrigen keine kurzschlußgefährdeten Teile einer Regel- « apparatur, wie Transformatoren, Triacs, Thermostaten oder dergleicb?n vorgesehen sind und sine mit einem solchen bekannten Heizelement ausgerüstete Bettdecke auch unabhängig von der Anordnung derselben im Benutzungszustand vor örtlichen Oberhitzungen gesichert ist.

Dieses bekannte Heizelement vermag jedoch aus anderen Gründen nicht voll zu befriedigen. Die Heizwärme wird im wesentlichen in dem die beiden Leiter längs ihrer Länge auf Abstand zueinander haltenden Dielektrikum erzeugt während die elektrischen Leiter selbst praktisch nur als Stromzuführungen zum Dielektrikum dienen. Das Dielektrikum steht hierbei über seiner gesamten Länge in gutem Wärmeleitungskontakt zur Umgebung, so daß die in ihm erzeugte Wärme in jeder Betriebsphase rasch abgeführt wird. Dies ist daher nicht nur der Fall, solange sich die Temperatur des Heizelements bzw. der mit diesem ausgerüsteten Decke oder dergleichen unterhalb eines vorbestimmten Werts hält, sondern auch dann noch, wenn dieser Wert bereits erreicht ist. Die Zufuhr von elektrischer Energie nimmt dabei zwar auf Grund des positiven TemDeraturkoeffizienten ab. Die bekannte Anordnung erweist sich jedoch ersichtlich im Hinblick auf ein schnelles Einschwingen auf eine erwünschte Dauertemperatur und eine zuverlässige Aufrechterhaltung dieser Dauertemperatur als noch zu träge- In diesem Zusammenhang ist nämlich davon auszugehen, daß beim Erreichen dieser Solltemperatur die Zufuhr elektrischer Energie zum Heizelementunter Aufrechterhaltung der zuverlässigen Erfüllung der eingangs beschriebenen Forderungen schnellstens auf einen diese Temperatur als Dauertemperatur aufrechterhaltenden Gleichgewichtszustand zurückgenommen werden soll, um nicht nur so viel Energie wie möglich zu sparen, sondern gleichzeitig auch ein langsames Einschwingen in den der erwünschten Dauertemperatur entsprechenden Gleichgewichtszustand mit den entsprechenden zeitweise höheren Temperaturen zu vermeiden und somit ein schnelles Erreichen und zuverlässiges Aufrechterhalten einer angenehmen erwünschten Dauertemperatur zu gewährleisten.

Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement gattungsgemäßer Art auf einfache und <iaher kostengünstige Weise so zu verbessern, daß die erwünschte Solltemperatur nicht nur vergleichsweise schnell erreichbar ist sondern auch zuverlässig aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Isolatoranordnung mindestens einen in Wärmeleitungskontakt mit der elektrischen Widerstandsanordnung angeordneten ersten Körper mit einem verhältnismäßig hohen Dehnungskoeffizienten und mindestens einen bei unterhalb einer vorbestimmten Temperatur der elektrischen Widerstandsanordnung in Wärmeleitungskontakt mit der elektrischen Widerstandsanordnung angeordneten zweiten Körper mit verhältnismäßig niedrigem thermischem Widerstand aufweist wobei dieser Wärmeleitungskontakt des bzw. der zweiten Körper bzw. Körpers bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch den bzw. die ersten Körper unterbrechbar ist.

Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs diskutierten Eigenschaften der bekannten Anordnungen verbessert. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen stellen in vorteilhafter Weise sicher, daß auf Grund des thermischen Isolators des Heizelements die Temperatur des Heizelements nach dem Einschalten hinreichend schnell ansteigt, was für ein schnelles Hochfahren eines solchen Heizelements in den Bereich der vorbestimmten Benutzungstemperatur erwünscht ist und daß andererseits nach Erreichen dieser vorbestimmten Temperatur durch den thermischen Isolator die Wärmeabgabe an die Umgebung gedrosselt und damit mit etwa exponentiellem zeitlichem Verlauf eine Temperaturerhöhung im elektrischen Widerstandsmateria' de> Heizelements mit entsprechendem Drosselungsverlauf der Zuführung elektrischer Energie herbeigeführt wird. Hierdurch kommt es in vorteilhafter Weise zu einem besonders schnellen Einlaufen des Heizelements in die erwünschte Arbeitstemperatur bei gleichzeitiger Einsparung elektrischer Energie, wobei das Heizelement in vorteilhafter Weise auch insoweit automatisch seibsteinstellend ist. Vorteilhaft hinsichtlich der Zunahme des elektrischen Widerstands des Heizelements kann es sich dabei auswirken, wenn der thermische Widerstand des Isolators einen verhältnismäßig hoh?n positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.

In vorteilhafter Weiterbildung der übergeordneten

Maßnahmen können der bzw. die erste bzw. ersten Körper and der benachbarte zweite bzw. die benachbarten zweiten Körper jeweils mit zueinander komplementären Glertfläctien aneinander anliegen. Diese Maßnahmen gestatten m vorteilhafter Weise ein einfaches ι Abheben des praktisch eine Wärmebrücke bildenden zweiten Körpers von der Wärmequelle. Die in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichneten Maßnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Herstellung mit entsprechender Möglichkeit in zur Senkung der Gestehungskosten.

Die Maßnahmen des Anspruchs 5 ergeben in vorteilhafter Weise eine Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen, bei welcher stufig nach Erreichen einer ersten vorbestimmten Temperatur die Wärmeabgabe des Heizelements bzw. der Wärmeleitungsquerschnitt des thermischen Isolators desselben sich sprunghaft verändert, um dann mit steigender Temperatur sich kontinuierlich zu verringern bzw. mit fallender Temperatur 5*ch kofrthv^ruch TV vertrriißero. um Hann hei JO Erreichen einer weiteren vorbestimmten Temperatur gleichfalls wieder eine sprunghafte Änderung durchzumachen, wobei die Anzahl solcher sprunghafter Änderungen bei vorbestimmten Temperaturen und damit auch die Anzahl dieser vorbestimmten Temperatüren im Rahmen der Erfindung durchaus beliebig gewählt werden kann. Es wird also immer erst der eine erste Körper mit dem entsprechenden Dehnungskoeffizienten entsprechend einer vorbestimmten Temperatur mit dem benachbarten zweiten Körper in Wirkangriff kommen und diesen bezüglich seines Wärmeleitungskontakts mit der das elektrische Widerstandsmaterial umgebenden elektrischen Isolierung oder, falls dieser zweite Körper selbst in elektrisch isolierendem Material ausgeführt sein sollte, mit dem elektrischen Wider-Standsmaterial selbst ausheben, wodurch es zu der sprunghaften Veränderung im Sinne einer Vergrößerung des Wärmeleitungswiderstandes und damit einer Verringerung des Wärmeleitungsquerschnitts und der Wärmeabgabe an die Umgebung kommt Dabei tritt der nächste erste Körper auf Grund seines unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten bei dieser Temperatur, die sich jetzt als Gleichgewichtstemperatur einstellt, nicht in Wirkung. Dies geschieht vielmehr erst dann, wenn auf Grund irgendwelcher von außen kommender Einflüsse, sei dies beispielsweise die Umschaltung des Heizelements auf eine andere Temperatur oder dergleichen, eine weitere vorbestimmte Temperatur erreicht wird, bei welcher jetzt der erste Körper mit dem anderen Dehnungskoeffizienten auf Grund dieser Temperatur-Verhältnisse ein solches Dehnungsverhalten zeigt daß er nunmehr seinerseits den ihm benachbarten zweiten Körper aus seinem Wärmeleitungskontakt mit der das elektrische Widerstandsmaterial umgebenden elektrischen Isolierung bzw. der elektrischen Widerstandsan-Ordnung selbst aushebt Dann kommt es zu der weiteren sprunghaften Änderung des Wärmeleitungsquerschnitts des thermischen Isolators des Heizelements bzw. der Wärmeabgabe desselben. Was hier am Beispiel steigender Temperaturen erläutert ist gilt selbstver- m> ständlich auch in umgekehrter Richtung für fallende Temperaturen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen und Verwendungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus der nächste- t" henden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen in Zusammenhang mit der Verwendung füii" eine elektrisch beheizbare Bettdecke dargestellt ist, reim beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. I eine perspektivische Ansicht eines in einer elektrisch beheizbaren Bettdecke zur Verwendung kommenden Heizelementes nach der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Verlaufs des Widerstandswertes des Heizelementes nach F i g. I als Funktion der Temperatur, wobei die Kurve a den ·.; linearen Verlauf des elektrischen Wideretandswertes mit der Temperatur und die Kurve b einen Verlauf darstellt bei dem der Widerstandswert anfangs linear ^ mit der Temperatur zunimmt, während bei Erreichen einer bestimmten Höhe der Temperatur der Widerstand praktisch unendlich hoch wird, sich also das Widerstandsmaterial mit dem Temperaturverlauf nach Kurve b gemäß Fig.2 sehr vorteilhaft in einer elektrisch ■: beheizbaren Bettdecke nach der Erfindung verwenden ■ laß'., de 8'jf di<?5? WeUp eine praktisch ahsnjiite

Sicherung vor Überhitzung erzielt wird, ..i

F i g. 3 eine graphische Darstellung der dem Heizelement nach der Erfindung zugeführten elektrischen Leistung als Funktion der Temperatur des Heizelemen- ; tes,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Jem Heizelement nach der Erfindung zugeführten elektrischen Leistung als Funktion der Temperatur des Heizelementes bei sinem niedrigen Wert des Temperaturkoeffizienten,

Fig.5 in schematischer Darstellung vergrößerten ₍ Maßstabes einen Teil eines Längsschnittes durch eine Ausführungsform eines Heizelementes nach der Erfindung, wobei ein mit der Temperatur zunehmender thermischer Widerstand des thermischen Isolators erzielt wird,

Fig.6 eine der Darstellung gemäß Fig.5 entsprechende Darstellung, jedoch bei höheren Temperaturen, F i g. 7 den Verlauf des thermischen Widerstandes des thermischen Isolators als Funktion der Temperatur des Heizelementes nach F i g. 5,

F i g. 8 den Verlauf des thermischen Widerstandes des Heizelementes nach F i g. 5 als Funktion der Temperatur des Heizelementes, das mehrere Windungen eines Materials mit verhältnismäßig hohem Dehnungskoeffizienten und mehrere Windungen mit verhältnismäßig niedrigem thermischem Widerstand enthält und

F i g. 9 eine schematische Darstellung der Anordnung ■.'_ I des Heizelementes bei Verwendung für eine elektrisch V: beheizbare Bettdecke in Form einer Anzahl von in der Bettdecke untergebrachten Schlaufen, die jeweils %: parallel zueinander an die elektrische Netzsp..inung ^r; angeschlossen sind.

Das in F i g. 1 gezeigte Heizelement nach der Erfindung, welches für elektrisch beheizbare Bettdekken Verwendung finden kann, weist einen Kern 1 aus geeignetem Kunststoffmaterial und einen um diesen Kern gewickelten Widerstandsdraht 2 mit einem Temperaturkoeffizienten von etwa 0,08 ( + 5%)/° C auf. Der Widerstand 2 wird durch einen Kunststoffmantel 3 aus beispielsweise Polyvinylchlorid elektrisch isoliert, der von einem Metallmantelgeflecht 4 zum Berührungsschutz umgeben werden kann. Das Heizelement hat einen Widerstand zwischen etwa 20 und etwa 30 Ohm pro laufenden Meter, wofür etwa 3 Meter Widerstands- X draht mit einem Widerstandswert zwischen etwa 7 und i etwa IO Ohm pro laufenden Meter aufgewickelt 7L werden. Der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes

wird je nach Art der Bettdecke, für welche das Heizelement nach der Erfindung Verwendung finden soll, gewählt. Der Außendurchmesser des Heizelementes ist beispielsweise 2,5 mm. Nach der Erfindung kann auch eine der Schichten 3 oder 4 gleichfalls aus einem Material bestehen, dessen thermischer Widerstand mit der Temperatur zunimmt.

Das Heizelement kann in einer elektrisch beheizbaren Bi* decke eingewebt oder in anderer geeigneter Weise in dieser angeordnet und festgelegt werden, im Prinzip läßt es sich aber auch in Heizgeräten anderer Art, wie zum Beispiel in elektrischen Koch-, Warmhalteoder Heizgeräten, wie insbesondere Raumheizgeräten, öfen oiler dergleichen, verwenden.

In einer Einpersonendecke wird beispielsweise ein Heizelement mit einer Länge von 16,5 Meter und einem Widerstand von 400 0hm bei O⁰C angeordnet. Fig.2 zeigt, daß der Widerstandswert des Widerstandsdrahtes mit der Temperatur desselben linear zunimmt, so daß A_ir A_t„ vV:der:t3nd:draht durchfließende Siren? Is^-J fend abnimmt» wodurch auch die Wärmeabgabe des Widerstandsdrahts eine Temperatur von HO⁰C erreicht, wobei dann die Temperatur unter der Decke etwa 20 bis 25"C beträgt Dabei entsprechen die Wärmeverluste der zugeführten elektrischen Leistung, so daß sich ein Gleichgewichtszustand einstellt und die Temperatur der Decke nicht weiter ansteigen kann und dadurch die Gefahr von Verschmorungen bzw. Entzündung durch Überhitzungen wirksam vermieden wird. Das Heizelement nach der Erfindung bzw. eine mit diesem ausgerüstete elektrisch beheizbare Bettdecke oder t.n sonstiges mit diesem ausgerüstetes Gerät läßt sich selbstverständlich auch an eine Triac-Regelschaltung anschließen, so daß der Benutzer die Arbeitstemperatur nach Wunsch einsteilen kann.

Tritt etwa bei einer Bettdecke, die mit einem Heizelement nach der Erfindung ausgerüstet ist, beispielsweise infolge eines Faltungszustandes derselben eine heiße Stelle auf, so wird das Heizelement örtlich überhitzt, so daß sein elektrischer Widerstandswert örtlich erhöht wird, wodurch die zugeführte Leistung abnimmt und die Temperatur auf einen sicheren Wert begrenzt wird, wobei keine Gefahr einer Entzündung oder von Verschmorungen auftritt Die Ausführungsform nach Fig.9 ist in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft Insbesondere dann nämlich, wenn die benutzte Maschen- bzw. Schlaufenlänge der mit 9 bezeichneten Schlaufen gering ist, wird eine gute Sicherung vor örtlichen Oberhitzungen erzielt, und zwar dies sogar auf einer sehr geringen Oberfläche.

In den Fig.3 und 4 ist die zugeführte elektrische Leistung PaIs Funktion der inneren Temperatur 7} des Heizelementes aufgetragen. Diese Leistung P nimmt als Funktion der zunehmenden Temperatur 7} hyperbolisch ab.

F i g. 4 zeigt den Verlauf der zugeführten elektrischen Leistung P als Funktion der inneren Temperatur 7} des Heizelementes, wobei diese Leistung bei geringen Werten des Temperaturkoeffizienten des Widerstandsmaterials mit guter Annäherung linear mit der Temperatur 7} des Heizelementes abnimmt Ein Vergleich der Fig.3 und 4 zeigt, daß es tatsächlich erwünscht ist, ein elektrisches Widerstandsmaterial mit verhältnismäßig hohem Temperaturkoeffizienten finden Widerstand zu wählen, da dann die Leistung als Funktion der inneren Temperatur 7} schnell, und rwar hyperbolisch, abnimmt, was besonders wichtig ist, um eine bevorstehende örtliche Überhitzung infolge einer

Faltstelle zu verhüten.

Es ist hieraus aber weiterhin auch ersichtlich, welche Möglichkeiten die Erfindung dadurch bietet, daß das erfindungsgemäße Heizelement zusätzlich zu der elektrischen Widerstandsanordnung mit positivem Temperaturkoeffizienten auch noch einen thermischen Isolator aufweist, der als temperaturabhängige Begrenzungssicherung für die elektrische Aufnahmeleistung dient, indem er seinerseits einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Die steigende Temperatur vermittelt sich nämlich auch dem thermischen Isolator und führt dazu, daß dieser bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur die Wärmeabgabe sprunghaft verändert, und zwar beim Aufheizen auf diese vorbestimmte Temperatur bei deren Erreichen für eine sprunghafte Verringerung der Wärmeabgabe sorgt Hierdurch kommt es zu einer kurzfristigen Temperatursteigerung im Heizelement bzw. in der elektrischen Widerstandsanordnung, wodurch über die Abhängigkeit des TGiripsraiurkoeffizisntsn desselben die zugeführte elektrische Leistung besonders rasch erniedrigt wird. Diese Absenkung der zugeführten elektrischen Leistung erfolgt dabei unter der Wirkung des erfindungsgemäß vorgesehenen und ausgebildeten thermischen Isolators wesentlich schneller als ohne diesen, wo dann als Begrenzungssicherung für die elektrische Aufnahmeleistung lediglich die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandsirmterials wirksam wäre. Die vorteilhafte Folge ist ersichtlich nicht nur ein besonders schnelles Einschwingen des gesamten Heizelementes nach der Erfindung in einen der vorbestimmten Temperatur entsprechenden Dauerzustand, sondern dabei gleichzeitig auch eine nicht unbeträchtliche Energieeinsparung.

In F i g. 5 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizelementes mit einem einfachen und wirtschaftlich erstellbaren, dabei jedoch zuverlässig und betriebssicher arbeitenden thermischen Isolator dargestellt, der diese Wirkung erbringt Dieses insbesondere für Verwendung in einer elektrisch beheizbaren Bettdecke konzipierte Heizelement besteht aus einem Innenkörpei 7, in dem der gegebenenfalls um einen Kern gewickelte Widerstandsdraht untergebracht ist Die Anordnung kann so getroffen sein wie in F i g. 1 dargestellt Der Innenkörper 7 kann diese aufgewickelte Widerstandsdrahtanordnung umgebend auch eine elektrische Isolierung aufweisen, die dann der elektrischen Isolierschicht 3 gemäß F i g. 1 entspricht Dieser Innenkörper 7 wird von einem thermischen Isolator umgeben, der gleichzeitig auch ein elektrischer Isolator ist und aus einer ersten Spiralwicklung eines fadenförmigen ersten Körpers 5 aus einem Material mit verhältnismäßig hohem Dehnungskoeffizienten und einer zweiten Wendel 6 aus einem Material mit verhältnismäßig niedrigem thermischem Widerstand besteht Die Wicklungen 5 und 6 haben dabei einen Querschnitt jeweils nahezu in der Form eines gleichschenkeligen Trapezes, wobei die Wicklung 5 mit der ihrer längeren Parallelseite ihres Querschnittes entsprechenden Oberfläche und die Wendel 6 mit der der kürzeren der beiden Parallelseiten ihres Querschnittes entsprechenden Oberfläche am Körper 7 anliegen. Wenn der Innenkörper 7 erhitzt wird, dehnt sich die Wendel 5 auf Grund ihres entsprechend gewählten Dehnungskoeffizienten in seitlicher Richtung, so daß die Wendel 6 bei Erreichen eines vorbestimmten Temperaturwertes vom Innenkörper 7 abgehoben wird, wodurch der thermische Leitungskontakt des Wärmeleiters 6 mit

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dem Innenkörper 7 unterbrochen wird, so daß der thermische Widerstand zunimmt. Der ausgehobene Zustand des durch die Wendel 6 gebildeten zweiten Körpers mit niedrigem thermischem Widerstand ist in Fig. 6 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß bei der durch die Seitendehnung der durch die Wendel 5 gebildeten ersten Körper bewirkten Bewegung der Wendel bzw. zweiten Körper 6 vom die Wärme produzierenden Innenkörper 7 ^p.veg sich auch der Wärmeleitungsquerschnitt verändert, und zwar geringer wird. Es wird nämlich der thermische Widerstand nicht nur durch den sich bei der Unterbrechung des Anlagekontaktes der Wendel 6 unmittelbar am Innenkörper 7 bildenden Luftspalt beeinflußt, sondern auch durch die Veränderung der Größe der in Kontakt miteinander stehenden '5 schrägen Seitenflächen der trapezförmigen Querschnitte einander benachbarter erster Körper 5 und zweiter Körper 6.

Der Verlauf dieses thermischen Widerstandes /?,/, als Funktion der inneren Temperatur 7/des Heizelementes nach der Erfindung ist in F i g. 7 dargestellt Die volle Kurve zeigt den Verlauf von R₁/, als Funktion von T„ während die gestrichelte Kurve den Verlauf darstellt, der in der Praxis infolge Unregelmäßigkeiten der Spannung der Wendeln 5 und 6 und dergleichen auftritt.

F i g. 8 zeigt den Verlauf des thermischen Widerstandes R,h des thermischen Isolators, der den Körper 7 umgibt, als Funktion der inneren Temperatur 7} des Heizelementes nach der Erfindung, wobei der thermische Isolator aus mehreren Bändern 5 mit untereinander μ verschiedenen Dehnungskoeffizienten und mehreren Wendeln 6 mit einem niedrigen thermischen Widerstand besteht, wodurch der dargestellte Verlauf des thermischen Widerstandes als Funktion der Temperatur des Heizelementes erzielt wird. Die volle Kurve nach ^ F i g. 8 zeigt dabei den theoretischen Verlauf, während die gestrichelte Kurve den in der Praxis auftretenden Verlauf des thermischen Widerstandes als Funktion der Temperatur darstellt.

In F i g. 9 ist schematisch eine Ausführungsform einer mit einem Heizelement nach der Erfindung ausgerüsteten elektrisch benetzbaren Bettdecke wiedergegeben. Das Heizelement ist in Form einer Anzahl von Maschen bzw. Schlaufen 9 in der als Ganzes mit 8 bezeichneten Decke angebracht. Vor allem dann, wenn die Anzahl der Schlaufen groß Und die jeweils durch eine Schlaufe begrenzte Oberfläche klein ist, wird örtliche Überhitzung auch auf sehr kleinen Oberflächenbereichen erfolgreich verhütet. Wenn die Bettdecke beispielsweise längs einer Linie gefaltet wird, die zwischen den Schenkeln 10 und 11 der Schlaufe 9 liegt, nimmt die der Schlaufe zugeführte elektrische Leistung selbsttätig ab, so daß die durch die Schlaufe 9 erwärmte Oberfläche auf einer zulässigen Temperatur bleibt. Dies wird im übrigen durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizelementes auch im Hinblick auf Einsparung von elektrischer Energie wesentlich begünstigt. Wie in Fig.9 dargestellt, läßt sich die elektrisch beheizbare Bettdecke ohne Gefahr einer Überhitzung oder von sonstigen mit Kurzschlüssen vorgeschalteter Regelapparaturen beispielsweise zwischen der Primär- und Sekundärwicklung eines Transformators oder von Durchschlägen des Anode-Kathode-Kreises eines Triacs verbundenen nachteiligen Folgen unmittelbar an die elektrische Netzspannung anschließen.

Es ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein besonders energiesparend selbstregelndes Heizelement geschaffen wird, welches bei seiner erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung in einer elektrisch beheizbaren Bettdecke oder dergleichen oder anderen elektrisehen Geräten, wie beispielsweise Kochgeräten, Warmhaltegeräten oder Heizgeräten, insbesondere Raumheizgeräten, Öfen oder dergleichen, nicht nur die eingangs geschilderten Aufgaben zuverlässig erfüllt, sich zudem auch noch unmittelbar an die elektrische Netzspannung anschließen läßt, sondern auch überaus einfach und zu interessanten Gestehungspreisen herstellbar und in den hinsichtlich der erfindungsgemäßen Verwendung vorgesehenen Geräten einfach, schnell und wirtschaftlich und dabei doch äußerst betriebssieher, wartungsfrei und energiesparend einsetzen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Heizelement mit einer von einer Isoiatoranordnung umgebenen elektrischen Widerstandsanordnung mit positivem Temperaturkoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoranordnung mindestens einen in Wärmeleitungskontakt mit der elektrischen Widerstandsanordnung angeordneten ersten Körper (5) mit einem verhältnismäßig hohen Dehnungskoeffizienten und minde- ι ο stens einen bei unterhalb einer vorbestimmten Temperatur der elektrischen Widerstandsanordnung in Wärmeleitungskontakt mit der elektrischen Widerstandsanordnung angeordneten zweiten Körper (6) mit verhältnismäßig niedrigem thermischem \s Widerstand aufweist, wobei dieser Wärmeleitungskontakt des bzw. der zweiten Körpers) (6) bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch den bzw. die ersten Körper (5) unterbrechbar ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne!, daß der bzw. die erste(n) Körper (5) und der bzw. die benachbarte(n) zwciie(n) Körper (6) jeweils mit zueinander komplementären Gleitflächen aneinander anliegen.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder erste Körper (5) als Faden mit einem Querschnitt in Form eines vorzugsweise gleichschenkeligen Trapezes ausgebildet und mit seiner der längeren Parallelseite desselben entsprechenden Oberfläche in Anlage an der elektrischen Widerstandsanordnung angeordnet ist und άφ jeder zweite Körper (6) gleichfalls als Faden mit einem Querschnitt in Form eines gleichfalls gleichschenkeligen Trapezes mit zu der Seitenneigung der Querschnittbegrenzungslinien des bzw. der benachbarten ersten Körpers) (5) jeweils komplementärer Seitenneigung ausgebildet und mit seiner der kürzeren Parallelseite desselben entsprechenden Oberfläche zur elektrischen Widerstandsanordnung hinweisend und mit mindestens einer seiner Schrägflächen in Anlage an der komplementären Schrägfläche des jeweils benachbarten ersten Körpers (5) angeordnet ist, wobei pich unterhalb einer vorbestimmten Temperatur der elektrischen Widerstandsanordnung bzw. des bzw. der ersten Körpers) (5) diese der kürzeren Parallelseite des Trapezquerschnittes dieses zweiten Körpers (6) entsprechende Oberfläche desselben in Anlage an der elektrischen Widerstandsanordnung befindet. so

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten ersten und zweiten Körper (5 bzw. 6) nebeneinander spiralig auf der elektrischen Widerstandsanordnung aufgewickelt sind.

5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle mehrerer erster Körper (S) diese jeweils unterschiedliche Dehnungskoeffizienten aufweisen.

6. Heizelement mit einer von einer Isolatoranordnung umgebenen elektrischen Widerstandsanordnung mit positivem Temperaturkoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial der Isolatoranordnung einen thermischen Widerstand mit einem verhältnismäßig hohen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.

7. Verwendung eines Heizelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine elektrisch behejzbare Körperumkleidung, wie beispielsweise eine Bettdecke, ein Kissen, einen Schlafsack und eu:e Matratze,

8, Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement in Schlaufen vorzugsweise geringer Weite jn an sich bekannter Weise zwischen zwei Schichten aus Textilmaterial angeordnet ist und daß die Schlaufen parallel an die elektrische Netzspannung angeschlossen sind.

9. Verwendung eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in elektrischen Kochgeräten,

10, Verwendung eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in elektrischen Warmhaltegeräten.

11. Verwendung eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in elektrischen Heizgeräten, insbesondere Raumheizgeräten, Öfen oder dergleichen.