DE69909654T2

DE69909654T2 - IMPROVEMENTS ON ELECTRIC HEATING ELEMENTS

Info

Publication number: DE69909654T2
Application number: DE69909654T
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Buxton O'NEILL
Original assignee: Otter Controls Ltd
Current assignee: Otter Controls Ltd
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: EP1145598A3; ATE245335T1; EP1145598A2; GB9817594D0; CN1143596C; DE69909654D1; GB2340713B; WO2000010364A2; AU5380699A; EP1145598B1; CN1344482A; GB2340713A; WO2000010364A3

Abstract

Thick film heating elements forming a heating element track into parallel-connected main heater and sensor portions, the sensor portion surrounding the main heater portion 2 and comprising a plurality of parallel-connected track portions 3 having NTC characteristics and connected in series therewith a track portion 5 having a PTC characteristic. A bimetallic thermally-responsive control arranged to sense the temperature of the PTC track portion and to switch off at least the main heater portion if it overheats. The arrangement permits protection if heater is on a slope, a single NTC portion is also disclosed.

Description

Gebiet der Erfindung:Field of the Invention:

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Heizelementen und insbesondere elektrische Heizelemente des sogenannten Dickfilmtyps, welche eine auf einem Substrat gebildete Widerstandsheizspur oder -schicht, beispielsweise eine auf einem Edelstahlsubstrat gebildete gedruckte Farb- bzw. Tintenspur, aufweisen, wobei sich zwischen dem Substrat und der Spur eine Isolierschicht befindet und vorzugsweise eine weitere Isolierschicht über der Spur liegt. Die Erfindung betrifft insbesondere Dickfilm-Heizelemente für Wasserkochkessel, wie beispielsweise Haushalts-Wasserheizkessel und Heißwasserkannen, sie kann jedoch auch breiter angewendet werden.This invention relates to improvements on electrical heating elements and in particular electrical heating elements of the so-called thick film type, which is one formed on a substrate Resistance heating track or layer, for example one on one Stainless steel substrate formed printed color or ink trail, with an insulating layer between the substrate and the track is and preferably another insulating layer over the Track lies. The invention particularly relates to thick film heating elements for kettles, such as household water boilers and hot water jugs, however, it can also be used more broadly.

Hintergrund der Erfindung:Background of the Invention:

Es sind Steuerungen wohlbekannt, die dafür ausgelegt sind, die Leistungsversorgung für elektrische Heizelemente auszuschalten, falls das Element überhitzt. Es ist weiterhin bekannt, daß ein spezielles Problem auftreten kann, falls Dickfilm-Heizelemente in Kesseln und Heißwasserkannen auf einer Neigung betrieben werden, wobei das Gerät beispielsweise auf einer geneigten Ablaufplatte steht und ein lokales Überhitzen des Elements auftreten kann, was zum Versagen des Heizelements führt, falls irgendein Teil der Heizelementspur über dem Wasserpegel in dem Gerät freigelegt wird. Weil Dickfilm-Heizelemente eine geringe thermische Masse und eine begrenzte seitliche Wärmeübertragungsfähigkeit aufweisen, macht jeder Teil der Heizelementspur, der über dem Wasserpegel freigelegt wird, einen schnellen Temperaturanstieg durch, was zu einem Versagen des Elements führen kann. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn der Deckel eines Kessels nicht aufgesetzt wird, so daß das Wasser beim Sieden verdampft, während der Kessel auf einer leichten Neigung steht.Controls are well known designed for that are the power supply for turn off electrical heating elements if the element overheats. It is also known that a special problem can arise if thick film heating elements in Boilers and hot water jugs be operated on an incline, the device for example on an inclined drain plate and local overheating of the element can occur, which leads to the failure of the heating element if any portion of the heater trace is exposed above the water level in the device becomes. Because thick film heating elements have a low thermal mass and limited lateral heat transfer capability exhibit, each part of the heater track makes above the water level is exposed, a rapid rise in temperature through what to failure of the element can. This can happen, for example, if the cover of a Boiler is not put on, so that the water evaporates when boiling, while the boiler is on a slight incline.

Es wurden Vorschläge zum Lösen dieses Problems gemacht. In DE-A-1 954 770.5 (Stiebel Eltron) wurde beispielsweise der Vorschlag gemacht, das Heizelement mit einer Gegenneigung zu versehen, diese einfache Lösung schützt jedoch nur für eine begrenzte Neigung und in nur einer Achse. In GB-A-2 316 847 wurde der Vorschlag gemacht, einen gewissen Teil des Heizelementsubstrats anzuheben, so daß der angehobene Teil zuerst einer Tendenz des Elements zum Trockensieden ausgesetzt ist, und in EP-A-O 715 483 wurde der Vorschlag gemacht, mehrere PTCR-Sensoren (Sensoren mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten) oder andere Sensoren um die Peripherie des Heizelements anzuordnen, so daß, unabhängig von der bestimmten Neigung des Elements, wenigstens ein Sensor auf eine Übertemperaturbedingung des Elements anspricht. Bei all diesen Vorschlägen treten Herstellungsschwierigkeiten und/oder erhöhte Kosten, insbesondere beim Heizelement-Steuersystem, auf.Proposals have been made to solve this problem. For example, in DE-A-1 954 770.5 (Stiebel Eltron) the proposal was made made to provide the heating element with a counter slope, this simple solution protects but only for one limited inclination and in only one axis. In GB-A-2 316 847 the proposal made a certain part of the heating element substrate to raise so that the raised part first of a tendency of the element to dry boiling and EP-A-0 715 483 proposed several PTCR sensors (sensors with a positive resistance temperature coefficient) or other sensors to arrange the periphery of the heating element, so that, independently on the determined inclination of the element, at least one sensor an overtemperature condition of the element. Manufacturing difficulties arise with all of these proposals and / or increased Costs, especially in the heating element control system.

Eine weitere Schwierigkeit, die sich in Hinblick auf das Bereitstellen eines Übertemperaturschutzes für Dickfilm-Heizelemente ergibt, rührt von ihrer geringen thermischen Masse her, was zu hohen Temperaturanstiegsraten während Trockensiedebedingungen führt, insbesondere wenn das Heizelement bei Nichtvorhandensein von Kühlwasser mit Energie versorgt wird. Um hiervor zu schützen, ist eine schnell ansprechende thermische Selbstschaltervorrichtung erforderlich. Um ein solches schnelles Ansprechen zu erreichen, ist in der Spur bzw. den Spuren, die dem thermischen Betätigungselement der Heizelement-Übertemperatur-Schutzsteuerung Wärme zuführen, eine hohe Leistungsdichte erforderlich, was wegen der thermischen Isolation der dielektrischen Schicht (der dielektrischen Schichten) und des Substrats des Heizelements zu einer hohen Betriebstemperatur dieser Heizelementspur führt. Dies bedeutet, daß ein thermisches Betätigungselement erforderlich ist, das so eingestellt ist, daß es bei einer hohen Temperatur arbeitet, woraus sich, zumindest in Hinblick auf die Kosten, auf die Herstellung und die Einstellung einer stabilen, durch Schnappen wirkenden Bimetallvorrichtung, die bei den erforderlichen Temperaturen arbeitsfähig ist, Schwierigkeiten ergeben. Typischerweise würde die Temperatureinstellung für einen Übertemperaturschutz eines Tauchheizelements des Mineral-isolierten, Metall-umhüllten Widerstandsheiztyps oder eines Unterboden-Heizelements mit einem solchen Metall-umhüllten Heizelement, das an seine untere Fläche geklemmt oder geklammert ist, 135 ± 15°C betragen, während die äquivalente Temperatureinstellung für ein Dickfilm-Heizelement um 180 ± 5°C beträgt, wobei sich die engere Toleranz aus dem Problem eines langsameren Ansprechens eines Bimetalls mit einer zu hohen Einstellung ergibt.Another difficulty that arises in terms of providing over temperature protection for thick film heating elements, stems from hers low thermal mass, resulting in high temperature rise rates while Leads to dry boiling conditions, especially if the heating element in the absence of cooling water is supplied with energy. To protect against this is a quick responsive thermal auto switch device required. To one Achieving quick response is in the lane or lanes, the the thermal actuator of Heating element overtemperature protection control supply heat, one high power density required, due to thermal insulation the dielectric layer (s) and the Substrate of the heating element to a high operating temperature of this Heating element trace leads. This means that a thermal actuator required to be set at a high temperature works out what, at least in terms of cost, works on the manufacture and adjustment of a stable, snap-acting Bimetallic device that can work at the required temperatures Difficulties arise. Typically, the temperature setting for overtemperature protection an immersion heater of the mineral-insulated, metal-clad resistance heating type or an underfloor heating element with such a metal-coated heating element, that to its lower surface clamped or clamped, 135 ± 15 ° C, while the equivalent Temperature setting for a Thick film heating element is around 180 ± 5 ° C, whereby the tighter tolerance arises from the problem of a slower response of a bimetal with too high a setting.

Es ist anhand des vorstehend Erwähnten verständlich, daß spezielle Probleme gelöst werden müssen, falls ein Dickfilm-Heizelement, das möglicherweise auf einer geneigten Fläche betrieben wird, mit einem effektiven Übertemperaturschutz für das Heizelement zu versehen ist, so daß beim Gebrauch ein unbestimmter Teil des Heizelements vor jedem anderen Teil einer Überhitzung ausgesetzt wird.It can be understood from the above that that special problem solved Need to become, if a thick film heating element, that possibly on an inclined surface is operated with an effective overtemperature protection for the heating element is to be provided so that when Use an indefinite part of the heating element before anyone else Part of overheating is exposed.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung:Tasks and summary the invention:

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen oder wenigstens erheblich zu verringern.A main task of the present Invention is to solve the problems mentioned above or at least significantly reduce.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Dickfilm-Heizelement einen Haupt-Heizabschnitt und elektrisch parallel dazu geschaltet mehrere parallel geschaltete Spurabschnitte mit einem NTCR-Verhalten (mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten), die in Reihe mit einem Spurabschnitt mit einem PTCR-Verhalten geschaltet sind, auf, wobei die mehreren NTCR-Spurabschnitte um den Haupt-Heizspurabschnitt herum verteilt sind.According to the present invention, a thick film heating element has a main heating section and electrically connected in parallel a plurality of track sections connected in parallel with an NTCR behavior (with a negative resistance temperature ko efficient), which are connected in series with a track section with a PTCR behavior, with the plurality of NTCR track sections being distributed around the main heating track section.

Beim Betrieb eines solchen Heizelements mit einer Element-Übertemperatur-Schutzvorrichtung, die so eingerichtet ist, daß sie auf die Temperatur des PTCR-Spurabschnitts anspricht und ansprechend auf eine erfaßte Übertemperaturbedingung die Elektrizitätszufuhr zu allen Teilen des Heizelements abschaltet, bewirkt der Betrieb des Heizelements an einer Neigung, so daß einer der NTCR-Spurabschnitte zuerst freigelegt wird, falls das Heizelement trockensiedet, daß die Temperatur des jeweiligen NTCR-Spurabschnitts ansteigt. Dies verringert wiederum den Widerstand des jeweiligen NTCR-Spurabschnitts, wodurch ein erhöhter Stromfluß durch den in Reihe geschalteten PTCR-Spurabschnitt auftritt. Abhängig vom Gesamt-Schaltungswiderstand, wird er durch den erhöhten Strom, der durch den NTCR-Spurabschnitt fließt, weiter erwärmt, und sein Widerstand wird dadurch weiter verringert, wodurch die Wirkung verstärkt wird. Die Temperatur des PTCR-Spurabschnitts steigt an, wodurch sein Widerstand erhöht wird, so daß ein zunehmender Teil der Versorgungsspannung daran abfällt. Dies führt zu einer unproportionalen Erhöhung der im PTCR-Spurabschnitt verbrauchten Leistung, wodurch seine Temperatur erhöht wird, selbst wenn er noch unter dem Wasserpegel liegt. Diese Temperaturerhöhung des PTCR-Spurabschnitts wird durch die Heizelement-Übertemperatur-Schutzvorrichtung erfaßt, die das Heizelement abschaltet, bevor ein Teil des Haupt-Heizabschnitts über dem Wasserpegel freigelegt wird, wodurch jegliche Beschädigung verhindert wird.When operating such a heating element with an element overtemperature protection device, which is set up so that it responsive and responsive to the temperature of the PTCR track section to a detected overtemperature condition the electricity supply switches off to all parts of the heating element, the operation causes the heater on a slope so that one of the NTCR track sections if the heating element boils dry, the temperature is first exposed of the respective NTCR track section increases. This in turn reduces the resistance of the respective NTCR track section, whereby an increased current flow through the PTCR track section connected in series occurs. Depending on the Total circuit resistance, it is due to the increased current, flowing through the NTCR track section, further heated, and its resistance is thereby further reduced, reducing the effect reinforced becomes. The temperature of the PTCR track section increases, which increases its resistance, so that an increasing Part of the supply voltage drops there. This leads to a disproportionate increase the power consumed in the PTCR track section, reducing its temperature elevated even if it is still below the water level. This increase in temperature of the PTCR track section is through the heater over-temperature protection device detected, which turns off the heating element before part of the main heating section over the Water level is exposed, which prevents any damage.

Die Anordnung kann derart sein, daß der PTCR-Spurabschnitt mit den NTCR-Spurabschnitten über dem Haupt-Heizabschnitt des Heizelements verteilt ist. Bei einer solchen Anordnung kann der PTCR-Spurabschnitt der Abschnitt sein, der zuerst freigelegt wird, wenn das Heizelement trockensiedet. Dies führt dazu, daß die Temperatur des PTCR-Spurabschnitts zunimmt, was durch den PTCR-Effekt verstärkt wird, so daß die Heizelement-Übertemperatur-Schutzvorrichtung wieder betätigt wird.The arrangement can be such that the PTCR track section with the NTCR track sections above the main heating section of the heating element is distributed. With such an arrangement the PTCR track section will be the section that is first exposed when the heating element boils dry. This causes the temperature of the PTCR track section increases, which is amplified by the PTCR effect, so that the heating element overtemperature protection device pressed again becomes.

Die vorstehenden und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den anliegenden Ansprüchen dargelegt und lassen sich am besten beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform verstehen, die in der anliegenden Zeichnung erläutert ist.The above and other features of the present invention are set out in the appended claims and are best detailed when reading the following Understand a description of an exemplary embodiment described in the attached drawing explained is.

Beschreibung der Zeichnung:Description of the drawing:

1 ist eine schematische Darstellung des Spurlayouts einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1 Figure 3 is a schematic illustration of the track layout of an exemplary embodiment of the present invention, and

2 ist ein schematischer Schaltplan, der das in 1 gezeigte Spurlayout darstellt. 2 is a schematic circuit diagram that the in 1 shown track layout.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform:Detailed description the embodiment:

In 1 ist eine Draufsicht des Spurlayouts eines Dickfilm-Heizelements gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es sei bemerkt, daß die Abmessungen und Proportionen der Spuren nur schematisch angegeben sind und keine praktische Form darstellen, wobei ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Entwicklung von Dickfilm-Heizelementen in der Lage sein wird, das schematisch dargestellte Layout aus 1 in eine praktische Form umzuwandeln.In 1 Figure 3 is a top view of the track layout of a thick film heater in accordance with the present invention. It should be noted that the dimensions and proportions of the tracks are given only schematically and are not practical in form, and one of ordinary skill in the art of developing thick film heating elements will be able to design the layout shown schematically 1 convert into a practical form.

Das Dickfilm-Heizelement 1 aus 1 könnte beispielsweise ein Edelstahl-Scheibensubstrat mit einer elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise aus Glas, die auf einer oder beiden Hauptflächen ausgebildet ist, aufweisen. Das Spurmuster wird dann, beispielsweise durch einen Siebdruckprozeß, bei dem eine elektrisch leitfähige Tintenpaste verwendet wird, die nach dem Aufbringen gebrannt wird, auf der Isolierschicht ausgebildet. Es kann dann eine darüberliegende elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise aus Glas, über dem Spurmuster bereitgestellt werden, um dieses zu schützen.The thick film heating element 1 out 1 For example, could have a stainless steel disc substrate with an electrically insulating layer, for example made of glass, which is formed on one or both main surfaces. The trace pattern is then formed on the insulating layer, for example by a screen printing process using an electrically conductive ink paste which is baked after application. An overlying electrically insulating layer, for example made of glass, can then be provided over the track pattern in order to protect it.

Wie dargestellt ist, weist das Spurmuster einen Haupt-Heizabschnitt 2, der den größeren zentralen Teil des Heizelements 1 belegt, und vier damit parallel geschaltete NTCR- Spurabschnitte 3, die durch Verbindungsspuren 4, welche aus einem elektrisch stark leitfähigen Material, wie Silber, gebildet sind, parallel zueinander geschaltet sind, und einen PTCR-Spurabschnitt 5, der, wiederum durch elektrisch stark leitfähige Spuren (beispielsweise aus Silber), in Reihe mit den vier NTCR-Spurabschnitten 4 geschaltet ist, auf. Ein erster Anschlußabschnitt 6 und ein zweiter Anschlußabschnitt 7, die aus einem elektrisch stark leitfähigen Material, wie Silber, bestehen, sind zum Anschluß an die aktiven bzw. neutralen Leitungen der elektrischen Netzversorgung bereitgestellt, wobei der neutrale Anschluß 7 mit einem Ende der Haupt-Heizelementspur 2 verbunden ist und der aktive Anschluß 6 mit einem weiteren Anschlußabschnitt 8 verbunden ist, der als ein Verbindungspunkt für einen Anschluß einer thermischen Selbstschaltervorrichtung (nicht dargestellt) dient, der andere Anschluß der Selbstschaltervorrichtung beim Gebrauch mit einem anderen Anschlußabschnitt 9 der Heizelementspur verbunden ist und der Anschlußabschnitt 9 mit dem anderen Ende der Haupt-Heizelementspur 2 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß die Anschlußabschnitte 7 und 9 auch mit dem Feld von NTCR-Spurabschnitten 3 und dem in Reihe geschalteten PTCR-Spurabschnitt 5 verbunden sind.As shown, the track pattern has a main heating section 2 which is the larger central part of the heating element 1 occupied, and four NTCR track sections connected in parallel 3 by connecting traces 4 , which are made of an electrically highly conductive material, such as silver, are connected in parallel with one another, and a PTCR track section 5 , which, again through electrically highly conductive tracks (for example made of silver), in series with the four NTCR track sections 4 is switched on. A first connection section 6 and a second connection section 7 , which consist of an electrically highly conductive material, such as silver, are provided for connection to the active or neutral lines of the electrical power supply, the neutral connection 7 with one end of the main heater track 2 is connected and the active connection 6 with another connection section 8th which serves as a connection point for one terminal of a thermal circuit breaker device (not shown), the other terminal of the circuit breaker device in use with another terminal section 9 the heating element track is connected and the connection section 9 with the other end of the main heater track 2 connected is. It can be seen that the connection sections 7 and 9 also with the field of NTCR track sections 3 and the PTCR track section connected in series 5 are connected.

2 zeigt einen schematischen Schaltplan der Anordnung des in 1 dargestellten Heizelements. 2 shows a schematic circuit diagram of the arrangement of the in 1 illustrated heating element.

Es ist in 1 ersichtlich, daß der Hauptspurabschnitt 2 von den vier NTCR-Spurabschnitten 4 und dem PTCR-Spurabschnitt 5 umgeben ist. Falls das Heizelement auf einer Neigung betrieben wird und trocken siedet, beispielsweise weil der Deckel eines zugehörigen Geräts fortgelassen wurde, wird zuerst eine der Sensorspuren, nämlich der NTCR-Spuren 4 und der PTCR-Spur 5, freigelegt, und ihre Temperatur steigt an. Falls es sich um einen NTCR-Spurabschnitt 4 handelt, nimmt sein Widerstand ab, wodurch ermöglicht wird, daß ein erhöhter Strom durch den PTCR-Spurabschnitt 5 fließt. Abhängig vom Gesamt-Schaltungswiderstand erwärmt der zunehmende Strom, der durch den NTCR-Spurabschnitt fließt, diesen weiter und verringert seinen Widerstand, wodurch die Wirkung verstärkt wird. Die Temperatur des PTCR-Spurabschnitts 5 steigt an, wodurch sein Widerstand erhöht wird, wodurch der Anteil der Versorgungsspannung, der daran abfällt, weiter erhöht wird. Dies führt zu einer nicht proportionalen Erhöhung der in dieser Spur verbrauchten Leistung, wodurch seine Temperatur ansteigt, selbst wenn er sich noch unter dem Wasserpegel befindet. Diese Temperaturerhöhung kann durch eine thermische Selbstschaltervorrichtung erfaßt werden, die das Element ausschaltet, bevor ein Teil der Haupt-Leistungsspur 2 über dem Wasserpegel freigelegt wird, wodurch jegliche Beschädigung verhindert wird. Falls der Spurabschnitt, der zuerst freigelegt wird, der PTCR-Spurabschnitt 5 ist, nimmt seine Temperatur, durch den PTCR-Effekt verstärkt, zu, und die thermische Selbstschaltervorrichtung wird ausgelöst. Demgemäß kann es eine einzige thermische Selbstschaltervorrichtung erfassen, falls eine der Sensorspuren, entweder einzeln oder zwei teilweise, durch eine Neigung des Heizelements in einer Achse freigelegt wird.It is in 1 can be seen that the main track section 2 of the four NTCR track sections 4 and the PTCR track section 5 is surrounded. If the heating element is operated on an incline and boils dry, for example because the lid of an associated device has been omitted, one of the sensor tracks, namely the NTCR tracks, first becomes 4 and the PTCR track 5 , exposed, and their temperature rises. If it is an NTCR track section 4 acts, its resistance decreases, allowing an increased current through the PTCR track section 5 flows. Depending on the total circuit resistance, the increasing current flowing through the NTCR track section further heats it and reduces its resistance, thereby increasing the effect. The temperature of the PTCR track section 5 increases, which increases its resistance, thereby further increasing the proportion of the supply voltage that drops across it. This leads to a disproportionate increase in the power consumed in this track, causing its temperature to rise even if it is still below the water level. This temperature increase can be detected by a thermal auto switch device that turns the element off before part of the main power track 2 exposed above the water level, preventing any damage. If the track section that is first exposed is the PTCR track section 5 temperature increases due to the PTCR effect and the thermal auto switch device is triggered. Accordingly, it can detect a single thermal auto switch device if one of the sensor tracks, either individually or in part, is exposed by an inclination of the heating element in one axis.

Die Ausführungsform ist ein Beispiel der Arbeitsweise der Erfindung, und sie verwendet vier parallele NTCR-Spurabschnitte in Reihe mit einem einzigen PTCR-Spurabschnitt. Unter der Annahme, daß die in allen fünf Sensorspuren erzeugte Leistung die gleiche ist und daß die Leistungsdichte um 10 Watt je Quadratzentimeter beträgt, ergibt sich bei einem typischen Element eine Arbeitstemperatur von 120°C. Um dies zu erreichen, muß der Widerstand der PTCR-Spur 1/16 des Widerstands von jeder der NTCR-Spuren betragen, wobei ein NTCR und ein PTCR von 0,006/°C angenommen wird, was für geeignete Materialien typisch ist. Bei einem Layout in der Art des dargestellten weisen die Sensorspuren bei der Arbeitstemperatur von 120°C eine Ausgangsleistung von jeweils 28 Watt auf. Falls das Freilegen von einer der NTCR-Spuren 4 zu einem Temperaturanstieg von 100°C in dieser führt, fällt sein Widerstand auf 40% ab, und der Gesamtwiderstand der parallelen NTCR-Spuren fällt auf 73% ihres Werts bei 120°C ab. Dies führt zu einer Leistungserhöhung im PTCR-Spurabschnitt von über 100% infolge des erhöhten Stroms und des Temperaturanstiegs der PTCR-Spur. Der Temperaturanstieg der PTCR-Spur ist in etwa proportional zur Leistungserhöhung, so daß erwartet wird, daß ihre Temperatur in etwa auf 220°C ansteigt, wenngleich dieser Teil des Elements noch untergetaucht war.The embodiment is an example of the operation of the invention and uses four parallel NTCR track sections in series with a single PTCR track section. Assuming that the power generated in all five sensor tracks is the same and that the power density is around 10 watts per square centimeter, the working temperature for a typical element is 120 ° C. To achieve this, the resistance of the PTCR track must be 1/16 of the resistance of each of the NTCR tracks, assuming an NTCR and a PTCR of 0.006 / ° C, which is typical of suitable materials. With a layout like the one shown, the sensor tracks have an output power of 28 watts at a working temperature of 120 ° C. If the exposure of one of the NTCR tracks 4 leads to a temperature rise of 100 ° C in it, its resistance drops to 40% and the total resistance of the parallel NTCR tracks drops to 73% of their value at 120 ° C. This leads to a performance increase in the PTCR track section of over 100% due to the increased current and the temperature rise of the PTCR track. The temperature rise of the PTCR trace is approximately proportional to the increase in power, so that its temperature is expected to rise to approximately 220 ° C, although this part of the element was still submerged.

Wie anhand dieser vereinfachten Analyse ersichtlich ist, ermöglicht die Erfindung nicht nur das sichere Betreiben von Heizelementen an einer Neigung, sondern sie ermöglicht auch die Verwendung von Bimetallsensoren, weil die niedrige Arbeitstemperatur des PTCR-Spurabschnitts 5 ermöglicht, daß Bimetalle mit einer viel niedrigeren Funktionseinstellung verwendet werden, während der hohe Temperaturanstieg bei Fehlerbedingungen bedeutet, daß eine breite Blattoleranz verwendet werden kann.As can be seen from this simplified analysis, the invention not only enables the safe operation of heating elements on a slope, but also enables the use of bimetal sensors because of the low working temperature of the PTCR track section 5 allows bimetals with a much lower function setting to be used, while the high temperature rise under fault conditions means that a wide sheet tolerance can be used.

Das dargestellte Spurlayout ist nur eine mögliche Konfiguration. Es könnte auch eine andere Anzahl von NTCR-Spurabschnitten parallel, in Reihe mit dem PTCR-Teil, verwendet werden. Je geringer die Anzahl der parallel geschalteten NTCR-Spurabschnitte ist, desto größer ist die Wirkung auf den Widerstand der Kombination und desto größer ist die Wirkung auf den PTCR-Spurabschnitt. Eine kleinere Anzahl von NTCR-Spurabschnitten bedeutet jedoch, daß sie jeweils einen größeren Bogenwinkel überdecken müssen, wodurch sie weniger empfindlich für Neigungswinkel werden können, weil nur ein Teil des Bogens freigelegt wird. Es ist möglich; daß fünf NTCR-Spurabschnitte (bei einer gegebenen Widerstandsverringerung auf 77% im vorstehenden Beispiel) das Maximum sind, bei dem sich eine wirksame Widerstandsänderung ergibt, während drei NTCR-Spurabschnitte (eine Verringerung auf 67%) ein guter Kompromiß zum Erzielen einer angemessenen Neigungsempfindlichkeit wären. Natürlich könnte auch eine Anzahl von NTCR- und PTCR-Schaltungen verwendet werden, die jeweils ihre eigene thermische Selbstschaltervorrichtung aufweisen, um einen Schutz für Heizelemente mit einem sehr großen Durchmesser bereitzustellen, und die Erfindung könnte für Heizelemente eines beliebigen Profils angepaßt werden. Gemäß der Ausführungsform ist der PTCR-Spurabschnitt an der Peripherie des Elements angeordnet und mit den NTCR-Spurabschnitten ausgerichtet, der PTCR-Spurabschnitt könnte sich jedoch an einer beliebigen Stelle am Heizelement befinden, beispielsweise so, daß er mit unserem X4-Schutzsystem ausgerichtet ist, das in unserer britischen Patentanmeldung 9 808 484.1 beschrieben ist.The track layout shown is only a possible Configuration. It could also a different number of NTCR track sections in parallel, in series with the PTCR part. The lower the Number of NTCR track sections connected in parallel, the more is bigger the effect on the resistance of the combination and the greater the effect on the PTCR track section. A smaller number of However, NTCR track sections mean that they each cover a larger arc angle have to, which can make them less sensitive to tilt angles because only part of the arch is exposed. It is possible; that five NTCR track sections (Given a reduction in resistance to 77% in the previous Example) are the maximum at which there is an effective change in resistance results while three NTCR track sections (a reduction to 67%) is a good compromise to achieve an adequate sensitivity to inclination. Of course, a number of NTCR and PTCR circuits are used, each with its own thermal Auto switch device to provide protection for heating elements with a very big one Diameter to provide, and the invention could be for heating elements of any Profiles adjusted become. According to the embodiment is the PTCR track section located on the periphery of the element and with the NTCR track sections aligned, but the PTCR track section could be on any one Place on the heating element, for example so that it with our X4 protection system is aligned with that in our UK Patent application 9 808 484.1 is described.

Das Neigungsschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit anderen Elementsteuersystemen, beispielsweise dem Dampflos-Steuersystem aus unserer britischen Patentanmeldung 9 816 645.7, oder einer beliebigen einfachen Elementschutzsteuerung in der Art der in GB-A-2 283 156 beschriebenen X2-Steuerung kombiniert werden. Die PTCR-Spur könnte so angeordnet werden, daß sie eines der X4-Bimetalle betätigt, während das andere Bimetall herkömmlicherweise durch die Hauptheizspur betätigt werden könnte. Hierdurch würde die Anzahl der erforderlichen Bimetalle mit einer hohen, engen Toleranz verringert werden. Alternativ könnten zwei NTCR/PTCR-Schaltungen verwendet werden, wobei jede PTCR-Spur eines der X4-Bimetalle betätigt. Die Grenze für diese Anordnungen ist die Elementtopologie, die die Formen und Schaltungen begrenzt, die wegen der Schaltungskomplexität, die sie verursachen, sowie der Notwendigkeit, eine gleichmäßige hohe Leistungsdichte über einen möglichst großen Teil des Elements zu erreichen, um die Elementfläche und die Kosten zu minimieren, praktisch verwendbar sind.The tilt protection system according to the present invention can be combined with other element control systems, for example the steamless control system from our British patent application 9 816 645.7, or any simple element protection control such as the X2 control described in GB-A-2 283 156. The PTCR track could be arranged to operate one of the X4 bimetals, while the other bimetal could conventionally be operated by the main heating track. This would reduce the number of bimetals required with a high, narrow tolerance. Alternatively, two NTCR / PTCR circuits could be used each PTCR track actuating one of the X4 bimetals. The limit for these arrangements is the element topology, which limits the shapes and circuits, because of the circuit complexity they cause and the need to achieve a uniformly high power density over as much of the element as possible in order to increase the element area and cost minimize, are practically usable.

Ein Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß sie zu einer instabilen Schaltung führen kann, bei der die NTCR-Spuren bewirken, daß der Gesamt-Meßschaltungswiderstand abfällt, wenn der Strom ansteigt, was zu einem thermischen Durchgehen führt, das, falls es nicht gesteuert wird, die Sensorspuren zerstört. Diese Instabilität kann vorteilhaft verwendet werden, um das Ansprechen des Systems auf Fehlerbedingungen zu beschleunigen und die Temperatur der PTCR-Spur schneller zu erhöhen, als dies die niedrige Leistungsdichte oder die niedrige Anfangstemperatur nahelegen. Die Bedingungen hierfür werden erfüllt, wenn der Widerstand der PTCR-Spur und/oder ihr Widerstandstemperaturkoeffizient viel niedriger ist als beim NTCR-Netzwerk. Dieses Beispiel, wenngleich es viel einfacher ist, läßt sich einfacher auf die Prinzipien der Entwicklung von Kampfflugzeugen anwenden, die aerodynamisch instabil sind, so daß sie viel schneller auf die Steuerungen reagieren können. Dies steht im Gegensatz zu dem in unserer britischen Patentanmeldung 9 816 645.7 gemachten Vorschlag, die Stabilität des Dampflos-Steuersystems zu verbessern, bei dem die Wirkungen der NTCR-Spur dadurch gesteuert werden, daß ein PTC-Widerstand mit einem viel größeren Ballast bereitgestellt wird. In diesem letztgenannten Fall beseitigt jede Instabilität Vorteile der bereitgestellten Spannungskompensation.A feature of this invention is in that they lead to an unstable circuit can where the NTCR tracks cause the Total Meßschaltungswiderstand drops when the current increases, which leads to thermal runaway, if it is not controlled, the sensor tracks will be destroyed. This instability can be used advantageously to address the system Accelerate error conditions and the temperature of the PTCR track faster to increase than the low power density or the low initial temperature suggest. The conditions for this are met if the resistance of the PTCR track and / or its resistance temperature coefficient is much lower than the NTCR network. This example, albeit it is much easier to do easier on the principles of the development of combat aircraft Apply that are aerodynamically unstable so that they are much faster on the Controls can react. This is in contrast to that in our UK patent application 9 816 645.7 made proposal, the stability of the steam lot control system to improve where the effects of the NTCR track are controlled be that a PTC resistor with a much larger ballast provided. In the latter case, everyone eliminates instability Advantages of the voltage compensation provided.

Eine weitere Variation der vorliegenden Erfindung würde darin bestehen, nur den Hauptteil des Heizelements auszuschalten, wenn die thermische Selbstschaltervorrichtung betätigt wird, wodurch die Meßschaltung mit Energie versorgt bleibt. Die Wärme hiervon würde verhindern, daß die Selbstschaltervorrichtung zurückgesetzt wird, wodurch effektiv ein manuelles Rücksetzen durch eine thermische Selbstschaltervorrichtung mit aufrechterhaltener Spannung bereitgestellt wird. Hierzu wäre es erforderlich, daß die Sensorschaltung nicht thermisch durchgeht, wie vorstehend beschrieben wurde, sondern einen stabilen Zustand bei einer ausreichend niedrigen Temperatur aufweist.Another variation of the present Invention would consists in turning off only the main part of the heating element, when the thermal auto switch device is operated whereby the measuring circuit remains energized. The warmth of this would prevent that the Auto switch device reset effectively eliminating manual reset by a thermal auto switch device is provided with the voltage maintained. This would require that the Sensor circuit does not go through thermal, as described above but a stable state at a sufficiently low level Temperature.

Die Erfindung wurde hier mit Bezug auf ein spezifisches Beispiel und mögliche Modifikationen beschrieben, und es sei bemerkt, daß die beschriebene Ausführungsform in jeder Hinsicht als Beispiel dient und daß Modifikationen und Abänderungen davon, die über die beschriebenen hinausgehen, möglich sind, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.The invention has been referenced here described on a specific example and possible modifications, and it should be noted that the described embodiment serves as an example in every respect and that modifications and alterations of which, about go beyond the described, possible are without the scope of protection set forth in the appended claims to deviate from the invention.

Claims

Thick film heating element ( 1 ) with a main heating trace section ( 2 ) and electrically connected in parallel to several parallel track sections ( 3 ) with NTCR behavior (negative resistance temperature coefficient), which are in series with a track section ( 5 ) with PTCR behavior (positive resistance temperature coefficient), the NTCR track sections ( 3 ) around the main heating trace section ( 2 ) are spread around.

The thick film heater of claim 1, wherein at least three of the NTCR track sections ( 3 ) available.

The thick film heater of claim 2, wherein four or five of the NTCR track sections ( 3 ) available.

Thick film heating element according to one of the preceding claims, wherein the PTCR track section ( 5 ) with the NTCR track sections ( 3 ) around the main heating trace section ( 2 ) is spread around.

Thick film heating element according to one of the preceding claims with connection sections ( 8th . 9 ), which make it possible to couple a temperature-sensitive control device to the heating element during operation so that it adjusts to the temperature of the PTCR track section ( 5 ) while switching off the energy supply to at least the main heating track section ( 2 ) appeals.

Thick film heating element according to one of the preceding Expectations, which is a substrate made of, for example, stainless steel with an electrically insulating glass, for example Layer on one of its main surfaces and with one on the electrically insulating layer formed track pattern and another for example, an electrically insulating layer formed from glass, covering the track pattern.

Thick film heating element according to one of the preceding claims, wherein a plurality of the main heating track sections ( 2 ) are available, each of which has a sensor circuit with several of the NTCR track sections connected in parallel ( 3 ) and a PTCR track section connected in series as mentioned above ( 5 ) assigned.

A thick film heating element according to any one of the preceding claims, including associated heat sensitive control means arranged to respond to the temperature of the or each PTCR track section ( 5 ) responds to the supply of electrical energy to the at least one associated main heating track section ( 2 ) to control.

A thick film heating element according to claim 8, wherein the thermosensitive control means is adapted to the temperature of the PTCR track section ( 5 ) responsive first sensor and one to the temperature of the corresponding main heating track section ( 2 ) has an appealing second sensor.

Thick film heating element according to claims 7 and 8, wherein the heat-sensitive control device is adapted to the temperature of a first PTCR track section ( 5 ) which has a first main heating track section ( 2 ) is assigned, responsive first sensor and a temperature of a second PTCR track section ( 5 ) which has a second main heating track section ( 2 ) is assigned, has an appealing second sensor.

Electrically operated water boiler with one Thick film heating element according to one of the preceding claims.