DE69330847T2 - Verbesserungen an elektrischen Heizelementen - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft elektrische Erwärmungsaufbauten, die aus einer elektrisch erwärmten Decke und einem einstellbaren Steueraufbau bestehen.
• Elektrische Decken umfassen gewöhnlicherweise ein Erwärmungselement in der Form von inneren und äußeren konzentrischen Spulenleitern, die durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennt sind. Eine der beiden Spulen oder beide Spulen stellen den Erwärmungseffekt bereit. Sollte eine Überhitzung auftreten, ist die isolierende Schicht, die zwei Leiter trennt, dafür ausgelegt zu schmelzen, was bewirkt, dass die zwei Leiter in einen elektrischen Kontakt miteinander kommen, was das Auftreten eines Kurzschlusses oder eines Pfads mit niedriger Impedanz bewirkt. Dies bewirkt einen Stromstoß in der elektrischen Schaltung, die zwei Leiter enthält, was ein Durchbrennen einer Sicherung und somit eine Isolation der Decke von der Hauptstromversorgung bewirkt.
• Es gibt verschiedene Vorgehensweisen zum Erfassen, dass sich ein Kurzschluss oder ein Pfad mit geringer Impedanz zwischen den zwei Leitern entwickelt hat und Beispiele von geeigneten Schaltungen sind in den britischen Patentbeschreibungen mit den Nummern 1155118, 1585921, 1599709 und 2028608 beschrieiben. Jedoch weisen die bekannten Anordnungen bestimmte Nachteile auf und es gibt drei bestimmte Problemgebiete, die von den Anordnungen, die in den voranstehend erwähnten Beschreibungen beschrieiben werden, und zahlreichen anderen Anordnungen nicht angesprochen wird.
• Abgesehen vom Einbau eines effektiven Überhitzungsschutzsystems muss eine elektrische Decke, um ein praktischer, kommerzieller Vorschlag zu sein, auch eine Einrichtung zum Bereitstellen von mehrerem selektiven Erwärmungseinstellungen beinhalten. Die voranstehend erwähnten Beschreibungen zeigen deshalb alle Vorgehensweisen, bei denen die zwei Widerstandsleiter des Erwärmungselements umgeschaltet oder elektrisch verbunden werden können, um so die benötigten alternativen Erwärmungseinstellungen bereitzustellen.
• Um in der Praxis die erforderlichen Erwärmungseinstellungen zu erzielen, werden die vier oder die mehreren Enden der Leiter entweder mit einem in der Leitung angeordneten Schalter oder einer Bettseiten- Steuereinheit verbunden. In einigen Fällen werden die koaxialen Erwärmungsleiter selbst innerhalb einer Schutzumhüllung von der Decke zu dem Schalter, in dem die benötigten elektrischen Verbindungen gemacht werden, verlängert. In anderen Decken sind die Enden der Erwärmungsleiter mit herkömmlichen gebündelten verseilten Kupfermehrkernkabeln verbunden, die zu dem Schalter oder der Steuereinheit führen, wo sie mit einer elektrischen Schaltungsanordnung zum Steuern der mehreren Erwärmungseinstellungen und der Überhitzungsschutz-Schaltungsanordnung verbunden sind. In einigen Decken kann zwischen der Decke und dem Verbindungskabel, welches zu dem Schalter oder der Steuereinheit führt, eine dazwischenliegende Mehrfachstift-Stecker/Buchsen-Anordnung vorgesehen sein.
• In beiden von diesen bekannten Anordnungen ist das Zwischenverbindungs- oder Mehrfachkern- Kabel des Umhüllungstyps sperrig und schwer und relativ steif, insbesondere bei kalten Bedingungen, und es kann deshalb schwierig sein, es zu manipulieren und wegzuverstauen, was zu Beschwerden von Benutzern als Folge der eindringenden Art der Kabel führt. Obwohl elektrische Decken dieser Art zu einer starken Verringerung von Feuern geführt haben, die durch eine Überhitzung der Decke verursacht werden, ist jedoch viel wichtiger ein Anstieg der Anzahl von Feuern zu verzeichnen gewesen, die durch einen Funkenüberschlag aufgrund des Ausfalls der elektrischen Leitung, die zu der Decke führt, verursacht werden. Es ist nun allgemein akzeptiert, dass in den vielen Decken auf dem Markt heutzutage, die gut gegenüber einer Überhitzung geschützt sind, der schwächste Teil der Decke in der Mehrfachkernverbindung zwischen der Decke und dem Schalter oder dem Steuerkasten ist. Dies ist ein direktes Ergebnis der Bereitstellung eines Überhitzungsschutzes gewesen, weil in den früheren einfachen elektrischen Decken, die zum Vorwärmen von Betten verwendet wurden, und bei denen ein Überhitzungsschutz nicht vorgesehen war, es möglich war, einfache schlanke Doppelkern-Rundilex- oder Flachdoppel-Kabel zwischen der Decke und dem Steuerschalter oder der Einheit zu verwenden. Die Lebensdauer von derartigen Kabeln und die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Ermüdung und eines Ausfalls durch eine Biegung ist um mehrere Faktoren größer als diejenige von insbesondere den sperrigen Vierkern-Kabeln, die nun herkömmlicherweise in Decken mit einem Überhitzungsschutz benötigt werden.
• Der Einbau der voranstehend erwähnten fortgeschrittenen Überhitzungsschutzsysteme in Decken hat zu einem größeren öffentlichen Vertrauen bei der Verwendung von elektrischen Decken geführt, nicht lediglich für ein Vorwärmen eines Betts, sondern auch für eine Verwendung während der gesamten Nacht. Die zunehmende Tendenz, dass Personen auf oder unter elektrisch erwärmten Decken liegen, hat zu beträchtlichen Forschungsanstrengungen, insbesondere in den U.S.A., hinsichtlich der Frage geführt, ob die Anwesenheit in nächster Nähe zu Erwärmungsleitern und die elektromagnetischen Felder, die diese ausstrahlen, irgendeinen ungünstigen Effekt auf den menschlichen Körper haben. Derartige Forschungsvorhaben wurden anfänglich durch die Bedenken von zahlreichen medizinischen Experten bei dem erhöhten Auftreten von einigen Krankheiten bei Personen, die in der Nähe von derartigen elektrischen Hochspannungs-Übertragungsleitungen leben, getriggert. Die Feldstärke unter derartigen Starkstromleitungen sind sehr viel höher als diejenigen, die von elektrischen Deckenerwärmungselementen emittiert werden, und bis heute ist kein bestätigter Beweis gefunden worden, dass diese elektromagnetischen Felder schädlich sein können, obwohl die Forschungen fortdauern. Für den Zweck eines öffentlichen Vertrauens ist es jedoch wünschenswert, dass elektrische Decken so ausgelegt werden sollten, dass sie irgendwelche elektromagnetischen Felder, die sich von dem elektrischen Strom ergeben, der durch die Erwärmungselemente fließt, auf ein Minimum reduzieren.
• 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 einer oder mehreren Komponenten, die in die Überhitzungsschutz- Schaltungsanordnung eingebaut sind.
• Sehr oft beinhalten diese Überhitzungsschutzschaltungen Dioden, die über die Zuführungsanschlüsse "Rücken-an-Rücken" angeordnet sind. Wenn sich ein Kurzschluss zwischen den koaxialen Erwärmungsleitern entwickelt, als Folge eines Schmelzens der Isolationsschicht, bewirkt der erhöhte Stromfluss in diesen Dioden eine beträchtliche Erhöhung in dem Versorgungsstrom, von A. C. auf D. C., was zu dem Auslösen bzw. Durchbrennen einer Seriensicherung führt.
• Die britische Patentbeschreibung Nr. 1585921 zeigt zum Beispiel, wie die Mehrfacherwärmungs- Konfigurationen, die in der Beschreibung Nr. 1155118 beschrieben werden, beträchtlich verbessert werden können, um eine zuverlässige Erfassung eines Kurzschlusses aufgrund einer Überhitzung an jeder Position entlang der Elementlänge bereitzustellen, indem eine Nebenschlussdiode parallel zu einem Erwärmungsleiter oder beiden Erwärmungsleitern eingepasst wird. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass ein transienter Ausfall von irgendwelchen Seriendioden, die in den Fig. 2-4 der Beschreibung Nr. 1585921 gezeigt sind, ein Durchbrennen der Seriensicherung deshalb bewirkt, weil kein begrenzender Widerstand in dem Sicherungspfad vorhanden ist. Somit hat eine Erhöhung der Sicherheit und der Zuverlässigkeit der Decke bezüglich einer Überhitzung zu erhöhten Ausfällen aufgrund der unvorhergesehenen Ausfälle der Steuereinheit oder der Schaltkomponente, verursacht durch transiente Hauptspannungsveränderungen, geführt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Form einer elektrischen Decke in bevorzugten Ausführungsformen, mit denen die voranstehend erwähnten Nachteile beseitigt werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Erwärmungsaufbauten, die aus einer elektrisch erwärmten Decke und einem einstellbaren Steueraufbau bestehen, wobei die Decke ein elektrisches Erwärmungselement führt, welches innere und äußere koaxiale Spulenleiter umfasst, die durch eine elektrische Isolationsschicht getrennt und so verbunden sind, dass die Leiter den gleichen Strom, aber in entgegengesetzte Richtungen, entlang der Länge des Elements führen, und wobei der einstellbare Steueraufbau für eine Verbindung mit einer elektrischen Hauptstromversorgung elektrisch mit dem Erwärmungselement verbunden ist und eine Steuereinrichtung beinhaltet, um die Stromzuführung an das Erwärmungselement zu verändern, wobei das Erwärmungselement und die Steuereinrichtung in einer elektrischen Schaltung enthalten sind, die auch eine Sicherung und Schutzkomponenten umfasst, die so angeordnet sind, dass ein wesentlich erhöhter Strom in der Schaltung auf einen Ausfall von irgendeinem Teil der voranstehend erwähnten Isolationsschicht und einen daraus resultierenden Kontakt zwischen Teilen der koaxialen Spulenleiter bereitgestellt wird, wobei die Schutzkomponenten eine erste Stromgleichrichtungseinrichtung, die zwischen benachbarten Enden der zwei koaxialen Spulenleiter in Reihe geschaltet sind, umfassen, so dass für den Fall eines transienten Ausfalls der ersten Stromgleichrichtungseinrichtung die Aufrechterhaltung von einem der Spulenleiter in der Schaltung den Strom in der Schaltung auf einen Wert begrenzt, der unzureichend ist, um einen Sicherungsbetrieb zu bewirken, und eine zweite Stromgleichungseinrichtung, die parallel zu einem der Spulenleiter geschaltet ist, umfasst, wobei die zweite Stromgleichrichtungseinrichtung orientiert ist, um einen Stromfluss in der entgegengesetzten Richtung zu dem Stromfluss, der von der ersten Stromgleichrichtungseinrichtung zugelassen wird, zuzulassen.
• Ein elektrischer Erwärmungsaufbau dieser Art ist in der GB-A-2245440 gezeigt. In dieser herkömmlichen Anordnung führen vier Leiter von einer einstellbaren Steuerschaltung zu den vier Anschlüssen an den gegenüberliegenden Enden von jeweils zwei koaxialen Erwärmungswiderständen, in der voranstehend beschriebenen Weise.
• Die EP-A-0562850 beschreibt ebenfalls einen elektrischen Erwärmungsaufbau und bildet einen Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPC.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer Erwärmungsaufbau der voranstehend angegebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Stromgleichrichtungseinrichtungen auf der Decke selbst vorgesehen sind und mit den koaxialen Spulenleitern einen Teil der elektrischen Schaltung bilden, und dass der Teil der elektrischen Schaltung, die auf der Decke ist, mit dem einstellbaren Steueraufbau, der nicht auf der Decke selbst ist, durch ein flexibles elektrisches Doppelkern-Kabel verbunden ist, welches einen trennbaren Stecker/Buchsen-Verbinder beinhaltet.
• Da die Verbindung zwischen dem Steueraufbau und der elektrisch erwärmten Decke selbst nur eine einzelne Doppelkern-Flexleitung umfasst, wird das Auftreten eines Ausfalls und/oder eines Feuers als Folge einer Beschädigung oder Ermüdung der Flexleitung verringert, im Vergleich mit den Mehrfachkern- Kabeln oder umhüllten Erwärmungsleitern, die zu dem Schalter oder der Steuereinheit in herkömmlichen Anordnungen führen.
• Die erste Stromgleichrichtungseinrichtung kann eine Diode umfassen.
• Eine duplizierte schützende Stromgleichrichtungseinrichtung kann parallel zu der schützenden zweiten Stromgleichrichtungseinrichtung verbunden sein, um als Ersatz zu dienen.
• Die schützende zweite Stromgleichrichtungseinrichtung kann auch eine Diode umfassen. Die Steuereinrichtung kann zum Verändern der Stromzuführung an das Erwärmungselement einen Thyristor und eine zugehörige Thyristorsteuerschaltung umfassen. In diesem Fall können die Schutzkomponenten der Schaltung ferner eine Stromgleichrichtungseinrichtung umfassen, die über den Thyristor parallel geschaltet und orientiert ist, um einen Stromfluss in der entgegengesetzten Richtung zu dem Stromfluss, der von dem Thyristor zugelassen wird, zuzulassen.
• In jeder der obigen Anordnungen ist der Widerstand von einem der koaxialen Spulenleiter vorzugsweise von einem Viertel bis zu einem Zehntel des Widerstands des anderen Spulenleiters. Vorzugsweise ist der eine koaxiale Spulenleiter der innere Leiter und der andere Spulenleiter ist der äußere Leiter und der eine koaxiale Spulenleiter ist in Reihe zu sämtlichen Schutzkomponenten in der Schaltung.
• Nachstehend wird eine ausführlichere Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung beispielhaft durchgeführt, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, die eine diagrammartige Darstellung einer elektrischen Schaltung eines elektrischen Erwärmungsaufbaus mit einer elektrischen Decke ist.
• Das Erwärmungselement der Decke (die diagrammartig bei 9 gezeigt ist) umfasst äußere und innere koaxiale Spulenleiter R1 und R2. Die innere Spule R2 ist auf einen zentralen Kern 8 aus Reyon gewickelt und ist mit einer dünnen Umhüllung eines elektrisch isolierenden thermoplastischen Materials bedeckt, welches diagrammartig bei 10 angedeutet ist. Die äußere Spule R1 ist auf die Schicht aus dem Isolationsmaterial 10 gewickelt und ist dann selbst in einer zweiten äußeren Isolationsschicht 7 abgedeckt.
• Das Erwärmungselement ist nur diagrammartig in der Zeichnung gezeigt und wird in der Praxis in Form eines einzelnen flexiblen Kabels sein, welches mit dem Gewebe der Decke 9 in einem Schildkrötenmuster oder gefalteten Muster verbunden ist, um sich so im wesentlichen über die gesamte Fläche der Decke zu erstrecken, 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 keinen Teil der vorliegenden Erfindung und werden deshalb nicht ausführlich beschrieben. Durchschnittsfachleute werden ganz gut alternative Formen der Konstruktion, die verfügbar sind, kennen.
• Zwei Nebenschlussdioden D1 und D2 sind über die äußere Spule R1 parallel geschaltet und die zwei Spulen R1 und R2 sind zu einer weiteren Diode D3, die entgegengesetzt zu den Dioden D1 und D2 angeordnet ist, in Reihe geschaltet.
• Die Enden der Spulen R1 und R2, die von der Diode D3 entfernt sind, sind über Drähte 11 mit einer Steuereinheit 12 verbunden. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Dioden D1, D2 und D3 auf der Decke 9 selbst vorgesehen und bilden zusammen mit den Spulen R1 und R2 einen Teil der elektrischen Schaltung, die mit der Steuereinheit 12 durch die Drähte 11 verbunden ist. Die Drähte 11 bilden eine einfache elektrische Doppelkern-Flexleitung einer bekannten Art und beinhalten eine einfache Doppelkern- Stecker/Buchse-Anordnung 16. Die Flexleitung kann rund oder flach sein oder kann von einer koaxialen Konstruktion sein. Die Flexleitung kann irgendeine zweckdienliche Länge aufweisen, so dass die Steuereinheit 12 an irgendeiner geeigneten Position bezüglich der elektrischen Decke angeordnet werden kann. Da nur eine einfache Doppelkern-Flexleitung benötigt wird, ist die Flexleitung nicht schwer, steif oder eindringend und kann in zweckdienlicher Weise an irgendeiner Position, die benötigt wird, gelegt oder versteckt werden, so dass die Steuereinheit 12 zum Beispiel auf einem Bettseitentisch oder an irgendeiner anderen geeigneten Position positioniert werden kann oder in einem Leitungsschalter in der Nähe der Decke verkörpert werden kann.
• Ferner kann die Decke von der Steuereinheit 12 durch Trennen der Stecker/Buchsen-Anordnung getrennt werden, so dass die Decke gewaschen werden kann. Dies ist mit herkömmlichen elektrischen Decken, bei denen aufgrund der Notwendigkeit einer Verwendung von schweren umhüllten oder Mehrfachkern-Verbindungskabeln die Steuereinheit in der Praxis permanent mit der Decke verbunden bleiben muss, nicht möglich.
• Der Draht 11, der zu der äußeren Spule R1 führt, ist in der Steuereinheit 12 mit dem Leitungsanschluss 13 einer elektrischen Hauptstromversorgung durch eine Sicherung F1 verbunden.
• Der andere Draht 11, der zu der inneren Spule R2 führt, ist mit dem Masseanschluss 14 der Hauptstromversorgung über einen Thyristor S1 verbunden, der durch eine manuell einstellbare Steuerschaltung gesteuert wird, die diagrammartig bei 15 gezeigt ist. Nebenschlussdioden D4 und D5 sind über den Thyristor S1, entgegengesetzt zu dem Thyristor und zu der Diode D3, die die Spulen R1 und R2 in Reihe schaltet, parallel geschaltet.
• Bei der isolierenden thermoplastischen Umhüllung 10 zwischen den Spulen R1 und R2 kann es sich entweder um Plastik mit einer geringen Schmelztemperatur wie Polyäthylen oder einem PVC mit einer höheren Schmelztemperatur handeln, deren Impedanz mit dem Anstieg der Temperatur abnimmt. Die äußere Umhüllung 7 um die Spule R1 herum kann ebenfalls aus PVC gebildet sein. Der Widerstand der inneren Spule R2 ist typischerweise ein Viertel bis zu einem Zehntel des Widerstands der äußeren Spule R1, die das Haupterwärmungselement der Decke bildet.
• Da der innere Leiter R2 nur einen vergleichsweise kleinen Beitrag zu dem Erwärmungseffekt liefert, kann es sich bei dem Leiter R2 um einen standardmäßigen Entwurf und eine standardmäßige Konstruktion handeln, obwohl es sich bei dem Entwurf des äußeren Hauptleiters R1 um einen einer Anzahl von verschiedenen Entwürfen handeln kann, in Abhängigkeit von den erforderlichen Charakteristiken der elektrischen Decke. In einer geeigneten Form einer Konstruktion kann der innere Leiter R2 einen Drahtlitzenleiter-Kern eines standardmäßigen Telefon-Typs umfassen. Weil das Haupterwärmungselement R1 um das innere Element R2 herum gewickelt ist, verwendet es eine größere Länge des Leiters als das innere Element. Demzufolge kann es aus einer Legierung mit einem vergleichsweise geringen Widerstand gebildet werden, die viel billiger als die Leiter sein kann, die in herkömmlichen Decken verwendet werden.
• Im normalen Betrieb der Decke fließt ein Strom durch R1, D3, R2 und S1 in der positiven Halbwelle der Hauptstromversorgung, wobei der Strom von der manuellen Einstellung der Thyristorsteuerschaltung 15 abhängt. Da die Diode D3 die zwei Spulen R1 und R2 an dem gleichen Ende des Erwärmungselements zusammen verbindet, lässt sich ersehen, dass der Stromfluss durch die Spulen R1 und R2 gleich, aber in entgegengesetzten Richtungen ist. Demzufolge weisen die elektrischen Felder, die von den zwei Spulen erzeugt werden, eine Tendenz auf, sich gegenseitig auszulöschen.
• Die Dioden D1, D2, D4 und D5 führen keine Funktion aus, wenn das Erwärmungselement normal arbeitet, da sie zu der Richtung des Stroms während der positiven Halbwellen, wenn Strom durch die Spulen R1 und R2 fließt, entgegengesetzt sind.
• Wenn eine Überhitzung des Erwärmungselements wegen irgendwelcher Gründe auftritt, dann 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 bewirken, wo die Isolation schmilzt. Als Folge dieses Kurzschlusses oder des Pfads mit niedrigem Widerstand wird ein Strom durch R1 und R2 sowohl in den positiven als auch negativen Halbwellen der Hauptstromversorgung beginnen zu fließen, in Anbetracht des Kurzschlusses über die Diode D3. Die Hinzufügung der Nebenschlussdiode D1 (und ihrer Reserve D2) bewirkt, dass der Strom durch die Kurzschlussschaltung während der negativen Halbwelle wesentlich erhöht wird, unabhängig davon, wo der Kurzschluss aufgetreten ist, was zu einem Durchbrennen der Seriensicherung F1 führt. Die Diode D4 (und ihre Reservediode D5), parallel zu dem Steuerthyristor S1, stellt für den Strom in der negativen Halbwelle einen Pfad nach Masse bereit.
• Die Bereitstellung dieser Reservedioden D2 und D5 stellen sicher, das die Schaltung noch weiterhin arbeitet, selbst wenn entweder D1 oder D4 ausfallen oder in eine offene Schaltung gehen sollten. Um die Anforderungen von internationalen Standards zu erfüllen, muss die Decke entweder ausfallsicher sein oder es muss ein kontinuierlicher Überhitzungsschutz bestehen, selbst für den Fall eines Ausfalls mit einer offenen oder einer kurzgeschlossenen Schaltung von irgendeiner Komponente innerhalb der Schutzschaltungsanordnung.
• Für den Fall, dass irgendeine der Dioden D1 bis D5 oder sogar S1 aufgrund von Hauptstromversorgungs-Transientenvorgängen zerstört werden sollte, wird die Widerstandsspule R2 immer in Serie zu der Komponente sein, was den Stoßstrom somit auf einen Wert begrenzt, der weder die Sicherung S 1 auslöst noch einen Kurzschlussausfall von irgendeiner der Dioden oder des Thyristors bewirkt.
• In einer typischen praktischen Schaltung dieser Art, die in der Zeichnung für eine 60W, 240V A. C. Decke gezeigt ist, kann der Widerstand der Spule R1 412 Ohm betragen und der Widerstand der Spule R2 kann 69 Ohm betragen und die Sicherung F1 kann so bemessen sein, dass sie bei einem Strom über 350 mA durchbrennt.
• Da der Gesamtwiderstand der zwei Spulen 481 Ohm ist, gleicht der normale Strom
• Wenn sich ein Kurzschluss an einer Position "A" entwickeln sollte, die in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Kurzschluss-Stromfluss unbegrenzt, was zu dem Durchbrennen der Sicherung F1 führt.
• Wenn sich ein Kurzschluss an dem gegenüberliegenden Ende "C" des Erwärmungselements entwickelt, bleibt der Stromfluss in jeder positiven Halbwelle der gleiche, aber der Stromfluss in der negativen Halbwelle steigt von Null auf
• an, d. h. der effektive Strom steigt von 0,35 Ampere auf 4(0,35² + 2,46²) = 2,48 Ampere oder auf einen Faktor 7 der normalen Sicherungsbemessung von F1, was das Durchbrennen der Sicherung bewirkt.
• Wenn ein Kurzschluss an der schlechtesten Position auftreten sollte, der Mitte des Erwärmungselements, wie bei "B" in der Zeichnung angedeutet, wird der sich ergebende Strom I folgendermaßen gegeben:
• d. h. der effektive Strom steigt von 0,35 Ampere auf 1,425 Ampere oder auf einen Faktor 4,07 der nominellen Sicherungsbemessung der Sicherung F1 an, die deshalb wiederum durchbrennt.
• Die elektrischen Decke ist deshalb vollständig gegenüber einer Überhitzung geschützt und die Sicherung F1 wird unabhängig davon durchbrennen, wo die Überhitzungs- und Kurzschlussschaltung entlang der Länge des Erwärmungselements auftritt.
• Ein transienter Durchbruch von irgendeiner Diode oder eines Thyristors wird in dem absolut schlechtesten Fall zu einem Stoß einer einzelnen Welle, die bis zu 10 ms andauert (vollständige Halbwelle), von 340 V ÷ 69 Ohm = 4,93 Ampere führen. Dies ist innerhalb der Stoßstrombemessung einer einzelnen Welle von sämtlichen kostengünstigen kommerziellen Dioden/Thyristoren mit einer Spitze von 8-30 Ampere und wird ein Durchbrennen einer Kartuschensicherung eines Verzögerungs- oder Halbverzögerungs-Typs nicht bewirken.
• Die Thyristorschaltung 15 ermöglicht eine Regelung der Leistungseingabe an das Erwärmungselement der Decke, um so eine variable Erwärmungs- oder Komfort-Einstellung bereitzustellen. Die Steuerung kann in vielerlei Vorgehensweisen ausgeführt werden, unter Verwendung von analogen oder digitalen Techniken, wobei kommerziell erhältliche als integrierte Schaltung ausgeführte SCR Steuerungs-ICs oder einfachere Versionen unter Verwendung von diskreten Transistoren oder programmierbaren uni-Übergangs-Einrichtungen verwendet werden. Derartige Anordnungen sind dem Durchschnittsfachmann bekannt und müssen deshalb nicht ausführlich beschrieben werden.
• Einer der Hauptvorteile, die die beschriebene Schaltung anbietet, besteht darin, dass aufgrund eines großen Anstiegs in dem Auslösestrom, der sich von dem Auftreten einer Überhitzung ergibt, selbst in dem schlechtesten Fall der Steuerungs-Tastverhältniszyklus gegenüber dem Betrieb des Sicherheitssystems fast immaterial ist. Sogar dann, wenn die SCR "aus" ist, ist der Stromfluss durch die Kurzschlussschaltung in der Mitte des Erwärmungselements während einer negativen Welle 1,236 ÷ 035 = 3,53 · nominell.
• Selbst wenn Herstellungswiderstandstoleranzen von beispielsweise ± 5% und Hauptstromversorgungstoleranzen von beispielsweise ± 10% berücksichtigt werden, würde diese Erhöhung noch eine Erhöhung um einen Faktor 3,53 = (1,05 · 1, 1) = 3,05 in dem nominellen Sicherungsstrom bedeuten. Der Überhitzungsschutz wird somit gleichermaßen gut arbeiten, unabhängig von der Erwärmungseinstellung der Steuerschaltung 12. Dies ist wichtig, weil viele herkömmliche Mehrfacherwärmungsdecken auf Grundlage des voranstehend erwähnten Standes der Technik bei einer Toleranzberücksichtigung für sämtliche möglichen Bedingungen eines schlechtesten Falls, nicht einen geeigneten Sicherungsstrom unabhängig von einer Überhitzungsposition und einer Erwärmungssteuerungs- Einstellung garantieren.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Temperaturerfassung des Deckenerwärmungselements entweder erreicht werden, indem:
• (i) R1 und R2 aus Legierungen mit einem hohen Temperaturkoeffizient, wie reinem Nickel, hergestellt werden und ein geeigneter Widerstand in Reihe zu der Kathode des Thyristors S 1 hinzugefügt wird, um so eine Rückführungsspannung zu entwickeln, mit der das Tastverhältnis der Steuerschaltung verändert werden kann, oder
• (ii) der Leckstrom durch die Isolation 10 oder durch ein getrenntes Erfassungskabel, welches mit der R2 Seite des Erwärmungselements verbunden ist, überwacht wird und ein geeigneter Widerstand in Serie zu den Dioden D4 und D5 hinzugefügt wird, um so eine Rückführungsspannung in der negativen Halbwelle zu entwickeln, die zum Steuern des Tastverhältnisses des Thyristors S1 verwendet werden kann (in jedem Fall wird der Wert des Serienwiderstands so gewählt, dass er den Auslösestrom nicht wesentlich verringert). Es sei darauf hingewiesen, dass bei jedem der voranstehenden Verfahren zum Hinzufügen einer Temperatursteuerung des Erwärmungselements keine Notwendigkeit für irgendeine weitere Zwischenschaltung von Zuleitungen zwischen der Decke und dem Schalter/der Steuerung besteht.

Claims (9)

1. Elektrischer Erwärmungsautbau, der aus einer elektrisch erwärmten Decke (9) und einem einstellbaren Steueraufbau (12) besteht, wobei die Decke (9) ein elektrisches Erwärmungselement führt, welches innere und äußere koaxiale Spulenleiter (R1, R2) umfasst, die durch eine elektrisch isolierende Schicht (10) getrennt und so verbunden sind, dass die Leiter den gleichen Strom, aber in entgegengesetzte Richtungen, entlang der Länge des Elements führen, und wobei der einstellbare Steueraufbau (12), für eine Verbindung mit einer elektrischen Hauptstromversorgung, elektrisch mit dem Erwärmungselement verbunden ist und eine Steuereinrichtung (15, S1) beinhaltet, um die Zuführung von Strom an das Erwärmungselement zu verändern, wobei das Erwärmungselement und die Steuereinrichtung in einer elektrischen Schaltung enthalten sind, die auch eine Sicherung (F1) und Schutzkomponenten (D1, D2, D3, D4, D5) umfasst, die so angeordnet sind, dass ein wesentlich erhöhter Strom in der Schaltung auf einen Ausfall irgendeines Teils der voranstehend erwähnten isolierenden Schicht (10) und demzufolge einen Kontakt zwischen Teilen der koaxialen Spulenleiter (R1, R2) vorzusehen, wobei die Schutzkomponenten eine erste Stromgleichrichtungseinrichtung (D3), die zwischen benachbarten Enden der zwei koaxialen Spulenleiter (R1, R2) in Reihe geschaltet ist, so dass für den Fall eines transienten Ausfalls der ersten Stromgleichrichtungseinrichtung (D3) die Aufrechterhaltung von einem (R2) der Spulenleiter in der Schaltung den Strom in der Schaltung auf einen Wert begrenzt, der zum Bewirken eines Sicherungsbetriebs nicht ausreichend ist, und eine zweite Stromgleichrichtungseinrichtung (D1, D2), die parallel zu einem (R1) der Spulenleiter geschaltet ist, umfasst, wobei die zweite Stromgleichrichtungseinrichtung (D1, D2) orientiert ist, um einen Fluss von Strom in der entgegengesetzten Richtung zu dem Fluss von Strom, der von der ersten Stromgleichrichtungseinrichtung (D3) zugelassen wird, zuzulassen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Stromgleichrichtungseinrichtung (D1, D2, D3) auf der Decke (9) selbst vorgesehen sind und mit den koaxialen Spulenleitern (R1, R2) einen Teil der elektrischen Schaltung bilden, und dass der Teil der elektrischen Schaltung, der auf der Decke (9) ist, mit dem einstellbaren Steueraufbau (12), der nicht auf der Decke (9) selbst ist, über ein flexibles elektrisches Doppelkern-Kabel (11), welches einen trennbaren Stecker- und Buchsen-Verbinder (16) beinhaltet, verbunden ist.

2. Elektrischer Erwärmungsautbau nach Anspruch 1, wobei die erste Stromgleichrichtungseinrichtung (D3) eine Diode umfasst.

3. Elektrischer Erwärmungsautbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine duplizierte schützende Stromgleichrichtungseinrichtung (D1) parallel zu der schützenden zweiten Stromgleichrichtungseinrichtung (D2) geschaltet ist, um als eine Reserve zu dienen.

4. Elektrischer Erwärmungsaufbau nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die schützende zweite Stromgleichrichtungseinrichtung (D2) eine Diode umfasst.

5. Elektrischer Erwärmungsautbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung zum Verändern der Zuführung von Strom an das Erwärmungselement einen Thyristor (S1) und eine zugehörige Thyristorsteuerschaltung (15) umfasst.

6. Elektrischer Erwärmungsaufbau nach Anspruch 5, wobei die schützenden Komponenten der Schaltung eine weitere Stromgleichrichtungseinrichtung (D4, D5) umfasst, die parallel über den Thyristor (S1) geschaltet und orientiert ist, um einen Fluss von Strom in der entgegengesetzten Richtung zu dem Fluss von Strom, der von dem Thyristor zugelassen wird, zuzulassen.

7. Elektrischer Erwärmungsaufbau nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Widerstand von einem der koaxialen Spulenleiter (R2) von einem Viertel bis zu einem Zehntel des 5 Widerstands des anderen Spulenleiters (R1) ist.

8. Elektrischer Erwärmungsautbau nach Anspruch 7, wobei der eine koaxiale Spulenleiter (R2) der innere Leiter ist und der andere Spulenleiter (R1) der äußere Leiter ist.

9. Elektrischer Erwärmungsaufbau nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der eine koaxiale Spulenleiter (R2) in Serie zu allen schützenden Komponenten in der Schaltung ist.