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Dokumentenidentifikation DE69836806T2 11.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000974182
Titel SICHERHEITSVORRICHTUNG MIT LEITFÄHIGEN POLYMERSENSOR
Anmelder Electro-Tk, Inc., Cumming, Ga., US
Erfinder Pope Ralph E. Jr., Cumming, Georgia 30040, US
Vertreter Hofstetter, Schurack & Skora, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69836806
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.04.1998
EP-Aktenzeichen 989179874
WO-Anmeldetag 03.04.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/06590
WO-Veröffentlichungsnummer 1998045920
WO-Veröffentlichungsdatum 15.10.1998
EP-Offenlegungsdatum 26.01.2000
EP date of grant 03.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse H02H 5/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01B 7/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Sicherheitsvorrichtungen und insbesondere isolierte elektrische Leiter für die Feststellung einer Übertemperatur und einer mechanischen Beschädigung.

Historisch hingen elektrische Vorrichtungen von Überstromvorrichtungen wie z.B. Stromkreisunterbrechern und Sicherungen ab, um die Vorrichtung vor Übertemperaturbedingungen zu schützen, die zu einer Ausrüstungsbeschädigung oder Personalverletzung führen könnten, die sich durch Feuer oder Rauch ergibt. Überstromvorrichtungen leiden insofern unter Begrenzungen in ihrer Wirksamkeit, als sich Übertemperaturbedingungen aus einem normalen Stromfluss durch die Ausrüstung ergeben können, die unter beschädigten Leitern oder schlechten elektrischen Verbindungen leidet. Ein elektrisches Kabel, das Litzendrahtleiter enthält, kann sich beispielsweise überhitzen, wenn einige der Litzen zerbrochen sind, selbst wenn weniger als der Nennstrom durch das Kabel fließt. Viele Feuer wurden aufgrund von schlechten Verbindungen in Steckern, Steckbuchsen und Verbindungsstreifen in Kabeln und Geräten verursacht.

Erdschluss-Unterbrecher (GFI) sind eine weitere übliche Sicherheitsvorrichtung, die in einer elektrischen Ausrüstung verwendet wird. Obwohl solche Vorrichtungen beim Verringern eines elektrischen Schlags und einer Ausrüstungsbeschädigung aufgrund von Kurzschlüssen zur Erdung wirksam sind, sind sie in Fällen unwirksam, in denen der Erdschluss nicht zu einem Stromfluss zur Erdung führt. Ein GFI verhindert beispielsweise nicht ein Feuer im Fall von zerbrochenen Leiterlitzen oder schlechten Verbindungen, da kein Erdungsstromfluss auftritt. Weder GFIs noch Überstromvorrichtungen schützen ein Kabel oder eine Vorrichtung vor Übertemperaturbedingungen, die sich aus externen Wärmequellen wie z.B. übermäßigen Umgebungstemperaturbedingungen oder einen Kontakt mit heißen Brennern, einer heißen Rohrleitung usw. ergeben. Die Vorrichtung kann auch nicht wirksam sein, wenn das Kabel außerstande ist, normale Wärme abzuleiten. Das Kabel oder Gerät kann beispielsweise mit einem thermisch isolierenden Material bedeckt werden, das die Ableitung von Wärme aufgrund eines normalen Stromflusses verhindert.

Temperatursensoren wie z.B. Widerstandstemperatursensoren (RTDs) und Thermistoren werden üblicherweise verwendet, um Übertemperaturbedingungen in einer Anlage zu erfassen. Diese Vorrichtungen können verwendet werden, um Alarme oder Relais auszulösen, um den Strom zur Vorrichtung bei der Übertemperatur zu unterbrechen. Obwohl diese Vorrichtungen beim Feststellen der Temperatur in einem kleinen oder eingeschlossenen Raum wirksam sind, sind sie beim Feststellen einer Übertemperatur über einen langen Abstand oder in einem großen Volumen unwirksam, wenn nicht viele Vorrichtungen verwendet werden. Die Verwendung von ausreichend Vorrichtungen zum Feststellen der Temperatur über einen langen Abstand oder in einem großem Volumen erhöht die Kosten des Schutzes beträchtlich. Die für die Verbindung einer großen Anzahl von Sensoren erforderliche Verdrahtung macht auch die Vorrichtung kompliziert und erhöht die Größe und das Volumen der Vorrichtung.

Keine der obigen Vorrichtungen stellt einen Schutz vor einer mechanischen Beschädigung an Kabeln oder Anlagengehäusen bereit, die zu freiliegenden Leitern oder internen Kurzschlüssen führen kann. Keine der Vorrichtungen stellt einen Schutz vor einem Schlag oder Feuer von beschädigten elektrischen Kabeln oder einer Anlage bereit, bis ein ausreichender Erdschlussstrom zu fließen beginnt. Eine Person, die ein fehlerhaftes Anlagenstück mit einer Erdschlussunterbrechung verwendet, die einen Erdungsweg herstellt, muss beispielsweise einen vorübergehenden Schlag erleiden, damit der Unterbrecher den Stromkreis öffnet.

WO 95/24757 offenbart eine elektrische Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 2, die einen Sensorleiter verwendet, der in einer kontinuierlichen Schleife konfiguriert ist und in einem elektrischen Bauteil angeordnet ist, um eine Übertemperatur oder mechanische Beschädigung über eine Länge oder einen breiten Bereich des Bauteils festzustellen. Der Sensor umfasst einen einfachen isolierten oder nicht isolierten Kupferdraht oder leitende Polymerstreifen. Ein Bezugsleiter ist angeordnet, um die Umgebungstemperatur zu erfassen, und eine Sensorschaltung misst die Differenz zwischen dem Widerstand des Sensors und den Bezugsleitern durch Anlegen eines niedrigen Spannungspotentials über die Leiter. Eine Steuerschaltung deaktiviert das elektrische Bauteil, wenn die Differenz des Widerstandes im Sensorleiter und Bezugsleiter einen vorbestimmten Wert erreicht, wie es durch eine Übertemperaturbedingung des elektrischen Bauteils verursacht werden würde. Der Sensorleiter und der Bezugsleiter sind so gewählt, dass sie einen ähnlichen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen.

Ferner wird auf US-A-4545926 verwiesen, das leitende Polymerzusammensetzungen beschreibt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes aufweisen und eine große Zunahme des spezifischen Widerstandes erfahren, wenn die Temperatur über einen bestimmten Wert ansteigt, der als Schalttemperatur bezeichnet wird. Insbesondere wird eine Änderung des spezifischen Widerstandes offenbart, die derart ist, dass der spezifische Widerstand der Zusammensetzung über der Schalttemperatur zumindest etwa eintausend Mal der spezifische Widerstand der Zusammensetzung unter der Schalttemperatur ist. Das Dokument erwähnt auch, dass die beschriebenen Polymerzusammensetzungen in Strombegrenzungsvorrichtungen nützlich sind.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Sicherheitsvorrichtung für Stromkabel, Geräte und andere elektrische Vorrichtungen bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Übertemperaturbedingung über eine erweiterte Länge des Stromkabels oder über eine erweiterte Oberfläche eines elektrischen Geräts festzustellen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung, um eine Überhitzung von Stromkabeln und Geräten zu verhindern, die beschädigte Leiter oder schlechte Verbindungen in Steckern, Steckbuchsen oder Verbindungen aufweisen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung, die einen Schutz für elektrische Kabel oder Geräte bereitstellt, die eine mechanische Beschädigung erleiden, die zu freiliegenden Leitern, internen Kurzschlüssen oder Kurzschlüssen zur Erdung führen könnten.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung für Stromkabel und Geräte, die einen Schutz vor übermäßigen Umgebungstemperaturen oder einem Kontakt mit einer heißen Anlage bereitstellt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung für Stromkabel und Geräte, die für die Integration mit einem Erdschlussschutz und/oder Überstromschutz mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein isolierter elektrischer Leiter für die Feststellung einer Übertemperatur und einer mechanischen Beschädigung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bereitgestellt. Beispiele von Vorrichtungen, die geschützt werden können, umfassen Verlängerungskabel, Stromkabel von Geräten oder Werkzeugen, Leistungsstreifen, Computer, eine elektronische Anlage und eine kommerzielle und industrielle elektrische Anlage. Vorzugsweise misst eine Steuereinheit wie z.B. eine Impedanzmessschaltung die elektrische Impedanz oder den Widerstand der Sensorschleife und aktiviert einen Unterbrecher oder ein Relais in Reihe mit einem Leiter im Kabel, das Leistung zur Vorrichtung liefert. Eine ausreichende Zunahme des Widerstandes des Sensors öffnet das Relais, was den Stromfluss durch die Vorrichtung stoppt. Der Sensorstreifen erstreckt sich entlang einer beträchtlichen Länge des Kabels. In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Sensorstreifen vom Stecker zum zweiten Ende des an der Vorrichtung angebrachten Kabels.

Der Sensorstreifen besteht aus einem elektrisch leitenden Polymer mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes, der mit der Temperatur zunimmt. Mit anderen Worten, die Zunahme des Widerstandes des Sensorstreifens über einen gegebenen Temperaturanstieg ist bei einer höheren Temperatur größer als bei einer niedrigeren Temperatur. Im Idealfall besitzt das leitende Polymer einen relativ niedrigen Widerstand unter einer Temperatur, die die Isolation oder andere Materialien in der Vorrichtung beschädigen kann, und einen unendlich hohen Widerstand bei Temperaturen, die eine Beschädigung verursachen können.

Der vorstehend beschriebene "Schalt"-Effekt ermöglicht die Temperaturerfassung über einer ausgedehnten Länge eines Kabels, da die resultierende Zunahme des Widerstandes beträchtlich genug ist, um zu bewirken, dass die Schaltung auslöst, selbst wenn eine kurze Länge des Kabels überhitzt wird. Der hohe Betrag der Widerstandsänderung bei Temperaturen nahe der gewünschten Auslösetemperatur ist wichtig, da andere Faktoren wie z.B. hohe Umgebungstemperatur, Erhitzung aufgrund eines normalen Stromflusses oder normaler Dehnung am Kabel auch Erhöhungen des Widerstandes verursachen. Wenn die Änderung des Widerstandes über einen gegebenen Temperaturbereich im Allgemeinen konstant war (wie im Fall von vielen Metallen), würde eine kleine Temperaturänderung über die Länge des Kabels dieselbe Widerstandsänderung wie eine große (oder vielleicht schädigende) Änderung in einer kurzen Länge des Sensorstreifens verursachen.

Viele leitende Polymere weisen einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) des spezifischen Widerstandes auf, der mit der Temperatur zunimmt. Diese Materialien umfassen sowohl von Natur aus leitende Polymere als auch mit leitenden Teilchen oder Fasern wie z.B. Kohlenstoff und Metallen gefüllte Polymere. Die leitenden Polymere der vorliegenden Erfindung sollten eine Erhöhung des PTC des Materials von mindestens einer Größenordnung zwischen 30 Grad Celsius und einer festgelegten maximalen zulässigen Temperatur vor dem Erweichungs-, Schmelz- oder Verkohlungspunkt der Isolation des Kabels zeigen. Die maximale zulässige Temperatur hängt von der Isolation und von anderen in der Vorrichtung verwendeten Materialien ab, und liegt typischerweise zwischen 75 und 200 Grad Celsius. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Erhöhung des PTC von einer maximalen erwarteten Betriebstemperatur auf die maximale zulässige Temperatur größer als 2 Größenordnungen. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Erhöhung des PTC von der maximalen erwarteten Betriebstemperatur auf die maximale zulässige Temperatur größer als 3 Größenordnungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mindestens drei Sensorstreifen im Kabel zwischen den Leitern und der nächsten äußeren Oberfläche des Kabels angeordnet. In dieser Weise angeordnet führt eine Beschädigung oder ein Abrieb des Stromkabels zu einem Leerlauf im Sensorstreifen, bevor der Leiter freigelegt wird. Vorzugsweise sind die Sensorstreifen durch einen Nebenschluss, der sich in mindestens einem Ende des Kabels befindet, in Reihe geschaltet, so dass ein Leerlauf in irgendeinem Streifen als hoher Widerstand durch die Widerstandsmessschaltung festgestellt wird, die das Relais oder den Unterbrecher öffnet. Vorzugsweise sind genügend in Reihe geschaltete Sensorstreifen außerhalb der Leistungsleiter angeordnet, so dass eine Beschädigung von einer einzelnen oder mehreren Richtungen dazu führt, dass mindestens ein Sensorleiter durchtrennt wird, bevor ein gespeister Leiter freigelegt wird.

In anderen Ausführungsbeispielen kann der Masseleiter als einer der Sensorstreifen verwendet werden. In dieser Konfiguration erfasst die Widerstandsmessschaltung auch einen Leerlauf im Masseleiter des Kabels. In noch weiteren Ausführungsbeispielen werden ein oder mehrere Sensorstreifen aus einem leitenden Polymer für die Temperaturerfassung verwendet und zusätzliche in Reihe geschaltete Sensorstreifen aus irgendeinem leitenden Material werden für die Erfassung einer mechanischen Beschädigung verwendet.

Der Unterbrecher der vorliegenden Erfindung kann mit einem Erdschlussdetektor verbunden werden, um die Vorteile beider Verfahren zu nutzen.

Überstromvorrichtungen wie z.B. Heizvorrichtungen können in den Unterbrecher integriert sein, um mehrere Sicherheitsmerkmale in einer einzigen Vorrichtung zu bieten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die zugehörigen Zeichnungen besser verständlich, in denen gilt:

1 ist ein schematisches Diagramm eines Verlängerungskabels, das ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Sicherheitsvorrichtung enthält, wobei das Kabel einen Stecker, der Strom zu einem Lastende liefert, einen Sensorstreifen, der in der Isolierung des Kabels angeordnet ist, eine Impedanzmessschaltung zum Messen des Widerstandes des Sensorstreifens und ein Relais zum Unterbrechen des Stroms zu den Leistungsleitern der Vorrichtung umfasst.

2 ist ein schematisches Diagramm eines Stromkabels zum Liefern von Leistung zu einer Last, wobei das Stromkabel ein Ausführungsbeispiel 200 der Sicherheitsvorrichtung enthält, wobei die Sicherheitsvorrichtung den Masseleiter in einer in Reihe geschalteten Sensorschleife verwendet und einen Erdschlussdetektor und eine Schaltung zum Unterbrechen des Stroms zur Vorrichtung umfasst.

3 ist ein schematisches Diagramm des Kabels eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Verwendung von vier Sensorstreifen und Nebenschlüssen am Versorgungs- und am Lastende, um eine in Reihe geschaltete Sensorschleife zu bilden.

4 ist ein schematischer Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Sicherheitsvorrichtung, der eine Leistungsversorgung, eine Impedanzmessschaltung und einen Erdschlussindikator zeigt.

5A ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Geräts und eines Stromkabels unter Verwendung einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung, wobei die Sicherheitsvorrichtung ein Einsteckmodul umfasst, das die Impedanzmessschaltung und das Relais enthält.

5B ist eine teilweise bruchstückhafte Zeichnung des Kabels von 5A, die zwei Sensorstreifen zeigt, die innerhalb des Kabelisolationsmantels angeordnet sind.

6A ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen auf der Innenfläche eines äußeren Isolationsmantels des Kabels angeordnet sind.

6B ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen an der Außenfläche eines äußeren Isolationsmantels des Kabels angeordnet sind.

6C ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen an der Innenfläche eines äußeren Isolationsmantels des Kabels angeordnet sind, wobei die Streifen innerhalb der Innenfläche des Mantels vorstehen.

6D ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen auf der Außenfläche eines äußeren Isolationsmantels des Kabels angeordnet sind, wobei die Streifen außerhalb der Außenfläche des Mantels und einer isolierten Beschichtung über dem Mantel vorstehen.

6E ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen in der Isolation des Kabels angeordnet sind, wobei die Streifen radial um ein geometrisches Zentrum des Querschnitts des Kabels beabstandet sind.

6F ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen in der Isolierung eines Flachkabels mit einem zentralen Masseleiter angeordnet sind.

6G ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen in der Isolierung eines Flachkabels ohne zentralen Masseleiter angeordnet sind.

6H ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen auf der Oberfläche der Isolierung eines Flachkabels und einer die Isolierung bedeckenden Isolationsbeschichtung angeordnet sind.

6I ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels, wobei die Sensorstreifen so angeordnet sind, dass gerade Linien, die benachbarte Sensorstreifen verbinden, außerhalb der Leiter des Kabels liegen.

7A ist eine perspektivische Zeichnung des Steckerendes eines Stromkabels, das ein Sensorverbindungselement vom Ringtyp mit Nebenschluss- und Drahtverbindungselementen, die am Versorgungsende des geschützten Stromkabels befestigt sind, verwendet.

7B ist ein Querschnitt eines Sensorstreifen-Verbindungselements, der einen Presssitz mit dem Sensorstreifenende zeigt.

7C ist ein Querschnitt eines Sensorstreifen-Verbindungselements, der eine eingebettete Elektrode, die in das Sensorstreifenende eingesetzt ist, zeigt.

7D ist eine perspektivische Zeichnung der Sensorstreifenverbindungen an einem Versorgungsende eines elektrischen Kabels unter Verwendung eines leitenden Polymermaterials, um die Verbindungen mit den Sensorstreifenenden herzustellen.

7E ist eine perspektivische Zeichnung der Sensorstreifenverbindungen am Lastende eines Stromkabels unter Verwendung eines leitenden Polymermaterials, um Verbindungen mit den Sensorstreifenenden und einem Sensorstreifen, der am Gehäuse eines elektrischen Geräts angeordnet ist, herzustellen.

7F ist eine perspektivische Zeichnung einer Steckbuchse eines Verlängerungskabels unter Verwendung von leitenden Polymerstreifen in einer Steckbuchse als zusätzliche Sensorstreifen und als Nebenschluss für die Kabelsensorstreifen.

8 ist ein schematisches Diagramm von zwei elektrischen Vorrichtungen, die durch eine einzelne Sicherheitsvorrichtung der vorliegenden Erfindung geschützt sind, wobei das Verbindungselement der ersten Vorrichtung eine Aufnahme für einen Stift des Steckers der zweiten Vorrichtung umfasst, um einen einzelnen in Reihe geschalteten Sensor bereitzustellen.

9A ist ein schematisches Diagramm von zwei elektrischen Vorrichtungen, die durch eine einzelne Sicherheitsvorrichtung der vorliegenden Erfindung geschützt sind, wobei das Verbindungselement der ersten Vorrichtung eine Aufnahme für einen Stift der zweiten Vorrichtung umfasst, um einen einzelnen in Reihe geschalteten Sensor bereitzustellen, wobei der Masseleiter jeder Vorrichtung in den in Reihe geschalteten Sensor integriert ist.

9B ist eine perspektivische Zeichnung des Ausführungsbeispiels von 9A, die den Stecker mit dem Sensorstift und das Verbindungselement mit der Sensorstiftaufnahme zeigt.

10A ist ein Graph des spezifischen Volumenwiderstandes als Funktion der Temperatur einer Probe von gefülltem Polyethylen mit niedriger Dichte.

10B ist ein Graph des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes als Funktion der Temperatur der gefüllten Polyethylenprobe mit niedriger Dichte von 10A.

11A ist ein Graph des spezifischen Volumenwiderstandes als Funktion der Temperatur einer Probe von gefülltem Polyethylen mit hoher Dichte.

11B ist ein Graph des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes als Funktion der Temperatur der gefüllten Polyethylenprobe mit hoher Dichte von 10A.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Das Folgende ist eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele einer elektrischen Sicherheitsvorrichtung, die leitende Polymersensorstreifen verwendet, um eine Übertemperaturbedingung in einem elektrischen Kabel, einer Verbindung oder einem Gerät zu erfassen.

1 ist ein schematisches Diagramm eines elektrischen Verlängerungskabels unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels 100 der elektrischen Sicherheitsvorrichtung zum Erfassen einer Übertemperaturbedingung im Kabel 101. Der Versorgungsstecker 103 des Kabels 101 liefert elektrische Leistung zur Laststeckbuchse oder zum Lastverbindungsstecker 105 durch einen ersten Leiter 107 und einen zweiten Leiter 109. Ein erster Zinken 111 des Steckers 103 ist mit dem ersten Leiter 107 durch den Kontakt 113 des Relais 115 verbunden. Ein zweiter Zinken 112 des Steckers 103 ist mit dem zweiten Leiter 109 durch den Kontakt 114 des Relais 115 verbunden. Der Stecker 103 kann in eine Versorgungssteckbuchse 117 eingesteckt werden, um Leistung zu einer Last 119 vom Lastverbindungselement 105 zu liefern. Eine Isolierung 121 umgibt den ersten Leiter 107 und den zweiten Leiter 109 zwischen dem Stecker 103 und dem Lastverbindungselement 105.

Ein erster Sensorstreifen 123, der in der Isolierung 121 angeordnet ist, umfasst ein erstes Ende 125 und ein zweites Ende 127. Ein zweiter oder Rückführungsstreifen 129, der in der Isolierung 121 angeordnet ist, umfasst ein erstes Ende 131 und ein zweites Ende 133. Das zweite Ende 127 des ersten Sensorstreifens 123 ist mit dem zweiten Ende 133 des zweiten Streifens 129 durch einen Nebenschluss 135 verbunden, um einen in Reihe geschalteten Sensor oder eine in Reihe geschaltete Schleife 137 zu bilden. Der zweite Streifen 129 kann irgendein Leitermaterial sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der zweite Streifen 129 ein zweiter Sensorstreifen. Der in Reihe geschaltete Sensor 137 ist mit einer Impedanz- oder Widerstandsmessschaltung 139 am ersten Ende 125 des ersten Sensorstreifens 123 und am ersten Ende 131 des zweiten Streifens 129 verbunden.

Der Sensorstreifen 123 besteht aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes, der positiv ist und mit der Temperatur zunimmt. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von Materialien mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC), dessen Wert bei einer erhöhten Temperatur im Vergleich zu einer niedrigeren Temperatur höher ist, beim Erfassen von Übertemperaturbedingungen über eine ausgedehnte Länge eines Sensorstreifens besonders nützlich ist. Ein aus einem Material mit einem gegebenen spezifischen Volumenwiderstand, einer gegebenen Querschnittsfläche und einer gegebenen Länge bestehender Sensorstreifen führt beispielsweise zu einem Widerstandswert, gemessen von Ende zu Ende. Dieser Widerstandswert ist zum spezifischen Volumenwiderstand und zur Länge des Sensorstreifens proportional und zur Querschnittsfläche des Streifens umgekehrt proportional. Eine Änderung der Temperatur des Streifens führt zu einer Widerstandsänderung, die zum Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes und zur Temperaturdifferenz proportional ist.

Wenn das Material einen relativ konstanten PTC über einen festgelegten Temperaturbereich aufweist, wie es in vielen Materialien wie z.B. Metallen der Fall ist, verhält sich die Widerstandsänderung (wie an den Enden des Streifens gemessen) im Vergleich zu einem Material, in dem der PTC mit der Temperatur zunimmt, anders. Der Widerstand eines Streifens, der aus einem Material mit einem konstanten PTC besteht, erfährt beispielsweise dieselbe Widerstandsänderung, ob der ganze Streifen eine gegebene Temperaturerhöhung erfährt oder ob die Hälfte der Streifenlänge eine Temperaturänderung mit zweimal dem gegebenen Wert erfährt. Diese Bedingung führt insofern zu einem Problem, wenn ein solches Material als linearer Temperatursensor verwendet wird, als dieselbe Widerstandsänderung (die einen Auslösepunkt der Schutzvorrichtung darstellt) durch eine nicht bedrohliche, kleine Temperaturerhöhung im ganzen Streifen erreicht werden könnte. Alternativ kann der Auslösepunkt eine übermäßig hohe Temperatur im Fall einer sehr kurzen Störungslänge erfordern.

Die Streifenmaterialien der vorliegenden Erfindung verwenden ein Material mit einem PTC, der mit der Temperatur zunimmt. Diese Materialien sind, wenn sie in einem linearen Temperatursensorstreifen verwendet werden, durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes gekennzeichnet, der mit einer zunehmenden Rate mit der Temperatur zunimmt. Eine Temperaturänderung in einer kurzen Länge des Sensorstreifens führt zu einer Änderung des Widerstandes, die ausreicht, um die Schaltung auszulösen, bevor eine Beschädigung auftritt. Eine kleine Temperaturänderung über die Länge des Kabels, die sich aus einer hohen Umgebungstemperatur oder normalen Stromflüssen durch das Kabel ergeben könnte, verursacht keine Widerstandsänderung, die ausreicht, um die Schaltung auszulösen. Da ein elektrischer Fehler wahrscheinlich über eine sehr kurze Länge des Kabels existiert (beispielsweise wenn mehrere Litzen eines Litzenleiters ausfallen), sollte das Material einen PTC-Wert aufweisen, der bei einer Temperatur, die sich der Schmelz- oder Erweichungstemperatur der Isolierung nähert, zumindest eine Größenordnung höher ist im Vergleich zu normalen Betriebstemperaturen. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der PTC-Wert des leitenden Polymers 2–12 Größenordnungen größer als die Schmelz- oder Erweichungstemperatur der Isolierung im Vergleich zu normalen Betriebstemperaturen.

Um die Komplexität der Impedanzmessschaltung zu verringern, wird der spezifische Volumenwiderstand des Sensormaterials so gewählt, dass er geringer als 10000 &OHgr;-cm ist. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der spezifische Volumenwiderstand so gewählt, dass er geringer ist als 100 &OHgr;-cm.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Sensorstreifenmaterial einen PTC, der einen relativ niedrigen Wert bei den Betriebstemperaturen und einen relativ hohen Wert bei Temperaturen, die zu einem Ausfall der Isolierung des Kabels führen können, oder Temperaturen, die wahrscheinlich ein Feuer verursachen, aufweist. Bestimmte leitende Polymere weisen solche Eigenschaften auf und können sowohl von Natur aus leitende Polymere als auch gefüllte Polymere umfassen. Gefüllte Polymere können thermoplastische und wärmehärtende Polymere, Copolymere, Elastomere und natürliche oder synthetische Kautschuke umfassen. Elektrisch leitende Füllstoffe können Metallteilchen oder -fasern wie z.B. Edelstahl, Aluminium, Nickel, Kupfer und Silber umfassen. Füllstoffe auf Kohlenstoffbasis können auch verwendet werden. Verschiedene Polymere und Füllstoffe können kombiniert werden, um die Leitfähigkeit und den "Schalteffekt" des Sensors zu optimieren.

Zusätzlich zu einem mit der Temperatur zunehmenden PTC weisen einige dieser Materialien auch mechanische Eigenschaften auf, die als linearer Temperatursensor in elektrischen Kabeln und anderen Vorrichtungen vorteilhaft zu verwenden sind. Diese Eigenschaften umfassen eine gute Biegsamkeit, eine hohe Dehnung und eine gute Bruchbeständigkeit. Einige von diesen Materialien sind extrudierbar und einige sind coextrudierbar mit üblichen Isolationspolymeren wie z.B. Polyethylen mit niedriger und hoher Dichte und Polyvinylchlorid. Einige von diesen Materialien können beim Spritzgießen oder beim gemeinsamen Formen mit üblichen Polymeren, die in elektrischen Steckern, Steckbuchsen und Steckern verwendet werden, verwendet werden. Noch weitere leitende Polymere können als heiße Schmelzen, Beschichtungen oder Tinten angewendet werden. Diese Eigenschaften befähigen diese Materialien, die Anordnung des Sensorstreifens im Kabel oder in der Vorrichtung zu optimieren, um zusätzliche Merkmale zu erhalten, wie in zusätzlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erörtert.

Im Betrieb führt eine übermäßige Temperatur an irgendeinem Punkt entlang der Länge des elektrischen Kabels 101, wie vom ersten Sensorstreifen 123 festgestellt, zu einem hohen Widerstand oder einer hohen Impedanz über dem in Reihe geschalteten Sensor 137. Die Impedanzmessschaltung 139 öffnet das Relais 115 beim Messen einer vorbestimmten Impedanz des in Reihe geschalteten Sensors, die eine Übertemperaturbedingung im Sensorstreifen 123 darstellt.

2 ist ein schematisches Diagramm eines Stromkabels 203 unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels 200 der Sicherheitsvorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel 100 darin, dass ein Masseleiter 201 im Kabel 203 angeordnet ist, welcher den Massestift 205 des Steckers 207 mit dem Lastverbindungselement 209 verbindet. Das Lastverbindungselement 209 kann eine Steckbuchse oder ein Verbindungsstecker wie in einem Verlängerungskabel sein oder es kann die internen Verbindungen der Lastvorrichtung 211 sein. In diesem Ausführungsbeispiel dient der Masseleiter 201 als Rückführungs- oder zweiter Streifen 129 von 1. Der Nebenschluss 213 verbindet ein zweites Ende 127 des ersten Sensorstreifens 123 mit dem Ende 215 des Masseleiters 201. Der Nebenschluss 213 bildet einen in Reihe geschalteten Sensor 217 aus dem Sensorstreifen 123 und dem Masseleiter 201. Die Verwendung des Masseleiters 201 als Rückführungsweg des in Reihe geschalteten Sensors 217 führt dazu, dass die Impedanzmessschaltung 219 einer zweiten Funktion als Massedraht-Kontinuitätssensor dient, da ein Leerlauf im Masseleiter 201 zwischen der Verbindung 221 und der Nebenschlussverbindung 223 zu einer hohen Impedanz führt, wie durch die Schaltung 219 gemessen.

Das Ausführungsbeispiel 200 kann auch einen Erdschlusstransformator oder – detektor 225 umfassen. Ein Unterschied im Stromfluss zwischen dem Leiter 107 und 109, wie vom Detektor 225 festgestellt, öffnet das Relais 115 durch die Erdschluss-Erfassungsschaltung 227. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Detektor 225 gegen einen Stromdetektor ausgetauscht werden. Der Stromdetektor kann Nebenschlussvorrichtungen wie z.B. Heizvorrichtungen, die das Relais 115 bei einem Überstrom auslösen, sein oder er kann eine Nebenschlussvorrichtung umfassen, die das Relais 115 durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) öffnet. Andere Überstromvorrichtungen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, wie z.B. Stromkreisunterbrecher oder Sicherungen können verwendet werden. Noch weitere Ausführungsbeispiele verwenden einen Bogendetektor, gegen den der Detektor 225 ausgetauscht wird. Die Verwendung von mehreren Detektoren, wie in 2 gezeigt, stellt eine zusätzliche Sicherheit durch Vorsehen von mehrfacher Störungserfassung bereit und ermöglicht die Verwendung eines einzelnen Relais 115, um die Vorrichtung im Fall einer Störung zu deaktivieren.

Das Relais 115 kann sich am Lastende des Kabels 203 befinden oder es kann sich in der Lastvorrichtung 211 befinden. Der bevorzugte Ort liegt am Quellenende des Kabels 203. Der Rückführungsstreifen des in Reihe geschalteten Sensors 217 kann sich außerhalb des Kabels 203 befinden. Eine externe Rückführung kann in üblichen Erdungsanwendungen verwendet werden.

3 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kabels unter Verwendung der vorliegenden Erfindung. Das Kabel 301 umfasst einen ersten Leiter 303 und einen zweiten Leiter 305, der von einer Kabelisolierung 307 umgeben ist. Ein erster Sensorstreifen 309, ein zweiter Sensorstreifen 311, ein dritter Sensorstreifen 313 und ein vierter Sensorstreifen 315 sind in einer Länge der Isolierung 307 angeordnet und erstrecken sich von einem Versorgungsende 317 zu einem Lastende 319. Ein erster Nebenschluss 321 verbindet die Sensorstreifen 309 und 311 am Lastende 319; ein zweiter Nebenschluss 323 verbindet die Sensorstreifen 311 und 313 am Versorgungsende 317; und ein dritter Nebenschluss 325 verbindet die Sensorstreifen 313 und 315 am Lastende 319. In dieser Weise verbinden die Nebenschlüsse 321, 323 und 325 Paarkombinationen von Sensorstreifen 309, 311, 313 und 315, um eine in Reihe geschaltete Schleife 327 an den Verbindungen 329 und 331 zu bilden.

4 ist ein elektrisches schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels 400 der vorliegenden Erfindung. Leistung zur Last 401 wird über den Stecker 403, den Relaiskontakt 404A, Leiter 405 und 407 und das Lastverbindungselement 409 geliefert. Strom wird zur Last 401 durch Leiter 405 und 407 nur dann geliefert, wenn der normalerweise offene Relaiskontakt 404A geschlossen ist. Die Impedanzmessschaltung 402 aktiviert das Relais 404 während des normalen Betriebs und deaktiviert das Relais 404 während einer Übertemperaturbedingung, wie durch die Sensorstreifen 411 und 413 festgestellt. Der Nebenschluss 412 verbindet die Enden der Sensorstreifen 411 und 413 am Lastende, was einen in Reihe geschalteten Sensor 437 bildet.

Während des normalen Betriebs liefert die Leistungsversorgung 415 eine niedrige Spannung dc an der Leistungsversorgungsverbindung 417. Diese Betriebsspannung wird vom Stecker 403 durch den Isolierungstransformator 419, den Vollweggleichrichter 421, den Spannungsregler 423 und die Filterkondensatoren 425 und 427 erhalten. Die Betriebsspannung, die normalerweise geringer als 10 VDC ist, wird zu einem Bezugsspannungsteiler mit Widerständen 429 und 431 geliefert. Die Bezugsspannung an der Verbindung 433 wird zum (–)-Eingang des Vergleichers 435 geliefert. Ein zweiter Spannungsteiler umfasst einen in Reihe geschalteten Sensor 437 und Widerstand 438. Die Sensorspannung der Teilerverbindung 441 ist mit dem Gate eines FET 443 verbunden. Der FET 443 sieht einen Puffer mit hoher Impedanz für den Vergleicher 435 vor. Der Ausgang des FET 443 liefert den (+)-Eingang in den Vergleicher 435. Der Transistor 436 wirkt als Treiber für das Relais 404.

Der Kontakt 404B sieht einen Zwischenspeicher für das Relais 404 vor. Der vorübergehende Schalter 439 wird verwendet, um das Relais 404 zu aktivieren, nachdem der Stecker 403 in eine Versorgungssteckbuchse eingesteckt wird.

Während des normalen Betriebs bei normalen Umgebungstemperaturen und Lastströmen ist der Widerstand des in Reihe geschalteten Sensors 437 geringer als ein vorbestimmter Wert. Dieser vorbestimmte Widerstandswert stellt sicher, dass die Spannung an der (+)-Verbindung des Vergleichers 435 größer ist als die Bezugsspannung an der (–)-Verbindung des Vergleichers 435. In diesem Zustand ist das Ausgangssignal des Vergleichers 435 hoch, was den Transistor 436 durchsteuert und das Relais 404 aktiviert.

Bei der Feststellung einer Übertemperaturbedingung steigt der Widerstand der in Reihe geschalteten Sensorschleife 437 über einen vorbestimmten Wert an, was zu einer Spannung an der Teilerverbindung 441 und der entsprechenden Spannung an der (+)-Verbindung des Vergleichers 435 führt, die ausreichend niedrig ist, um den Zustand des Vergleichers 435 zu ändern. Das Ausgangssignal des Vergleichers 435 schaltet auf niedrig um, was den Transistor 436 sperrt und das Relais 404 deaktiviert. Die Deaktivierung des Relais 404 öffnet den Kontakt 404A, was den Stromfluss durch die Leiter 405, 407 und die Last 401 unterbricht. Die Deaktivierung des Relais 404 öffnet auch den Kontakt 404B, was die Relaisschaltung entriegelt. Das Relais 404 bleibt deaktiviert, selbst wenn sich die Störung klärt und der Widerstand des in Reihe geschalteten Sensors 437 unter den vorbestimmten Wert fällt. Der vorübergehende Schalter 439 müsste vorübergehend geschlossen werden, um das Relais 404 wieder zu aktivieren. Dies würde erst nach einer Untersuchung der Störung und des Zustandes der elektrischen Vorrichtung durchgeführt werden.

In anderen Ausführungsbeispielen wird das Relais 404 gegen ein Halbleiterrelais oder einen Triac und eine Treiberschaltung (nicht dargestellt) ausgetauscht. Eine geeignete elektronische Verriegelungsschaltung kann auch hinzugefügt werden. Nebenschlusskondensatoren 442 und 444 leiten induziertes Wechselspannungsrauschen zur Erdung um.

Die LED 445 wird aktiviert, wenn das Relais 404 aktiviert wird, was eine "normale" Betriebsart anzeigt, wobei Leistung für die Last 401 zur Verfügung steht. Die LED 447 wird aktiviert, wenn Leistung am Stecker 403 zur Verfügung steht, aber der Vergleicher 435 sich im "Aus"-Zustand befindet, was eine Störung anzeigt, wie durch den in Reihe geschalteten Sensor 437 festgestellt.

Die Komponenten der Impedanzmessschaltung 402 sind so angeordnet, dass ein Ausfall der Hauptkomponenten dazu führt, dass sich das Relais 404 öffnet. Ein Leerlauf in der Leistungsversorgung 415, im FET 443, im Vergleicher 435, im Treiber 436, im Relais 404 oder im in Reihe geschalteten Sensor 437 führt beispielsweise zu einer "fehlersicheren" Betriebsart.

5A ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Geräts wie z.B. eines Hängelichts 501. Das Hängelicht 501 ist mit einem Einsteckmodul 503 durch ein elektrisches Kabel 505 verbunden. Das Einsteckmodul 503 umfasst Standardzinken 507 und einen Massepunkt 509, die in eine Standardleistungssteckbuchse (nicht dargestellt) eingesetzt sind. Das Modul 503 enthält eine Impedanzmessschaltung 402 und ein Relais 404 von 4. Die Leistungsversorgung 402 befindet sich auch im Modul 503. Ein Indikator 511 für einen "normalen" Zustand zeigt an, dass die Einheit eingesteckt wurde und der "Start"-Schalter 513 gedrückt wurde, was Leistung zum Hängelicht 501 liefert. Die Beleuchtung des Fehlerindikators 515 gibt an, dass die Impedanz des in Reihe geschalteten Sensors (437 von 4) bis zu einem Punkt zugenommen hat, der eine übermäßige Temperatur im Kabel 505 oder einen Leerlauf im in Reihe geschalteten Sensor 437 angibt.

5B ist eine teilweise bruchstückhafte Zeichnung des elektrischen Kabels 505 von 5A. Isolierte Leiter für das Kabel umfassen einen spannungsführenden Leiter 511A, einen Nullleiter 511B und einen Masseleiter 511C. Die Leiter 511A, 511B und 511C sind durch einen isolierten Mantel 515 umgeben. Ein Sensorstreifen 517A ist schraubenförmig um die Leiter 511A, 511B und 511C gewickelt. Der Sensorstreifen 517B ist schraubenförmig um die Faserisolierung 518 gewickelt, die die Leiter umgibt. Sensorstreifen 517A und 517B sind aus einem leitenden Polymermaterial extrudiert und sind durch einen Nebenschluss (nicht dargestellt) im Hängelicht 501 verbunden, um den in Reihe geschalteten Sensor 437 von 4 zu bilden. Der Sensorstreifen 517B kann in einer zu 511A entgegengesetzten Richtung gewickelt werden, um induzierte Ströme von den Leitern aufzuheben. Alternativ umfassen die Sensorstreifen 517A und 517B einen coextrudierten Isolationsmantel (nicht dargestellt) mit einer Isolierung koaxial zum Sensorstreifen. In dieser Weise isoliert können beide Sensorstreifen außerhalb der Faserisolierung 518 gewickelt werden.

6A6I sind Querschnitte von Stromkabeln, die mehrere Verfahren zum Verteilen von Sensorstreifen in den Kabeln darstellen.

6A ist ein Querschnitt eines Stromkabels 600A mit Leitern 601A, 601B und 601C, die mehrere mögliche Kombinationen von spannungsführenden, neutralen und Masseleitern darstellen. Einer oder mehrere der Leiter können mit einer Isolierung 603 bedeckt sein. Alle Leiter sind durch einen isolierten äußeren Mantel 605 geschützt, der die Leiter über die Länge des Stromkabels umgibt. Zusätzliches Material wie z.B. Fasermaterial 607 kann für eine zusätzliche Isolierung oder für die Kabelfestigkeit verwendet werden.

Sensorstreifen 609A, 609B, 609C und 609D sind im isolierten äußeren Mantel 605 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel bildet eine innere Oberfläche 611 der Sensorstreifen einen Teil der inneren Oberfläche 613 des Mantels 605. Die Sensorstreifen sind radial vom geometrischen Zentrum 602 des Kabelquerschnitts beabstandet. Die Sensorstreifen sind auch radial auswärts von den Leitern beabstandet. Der radiale Abstand von den Sensorstreifen 609A, 609B, 609C und 609D zur äußeren Oberfläche 606 des isolierten Mantels 605 ist geringer als der radiale Abstand von den Leitern 601A, 601B und 601C zur äußeren Oberfläche 606 des Mantels 605.

Dieser äußere Abstand von Sensorstreifen relativ zu den Leitern (insbesondere dem spannungsführenden Leiter) fördert ein zweites Schutzmerkmal der Sensorstreifen insofern, als eine Durchtrenn- oder Abriebwirkung von der Außenseite des Kabels wahrscheinlich einen Sensorstreifen durchtrennt, bevor das durchtrennende oder abreibende Objekt mit einem der Leiter in Kontakt kommt. Die Sensorstreifen bestehen aus einem leitenden Polymermaterial wie z.B. einer mit teilchenförmigem Kohlenstoff gefüllten Polyethylenmatrix. Die Streifen können durch Coextrudieren der Sensorstreifen mit dem isolierten Mantel 605 aufgebracht werden.

6B ist ein Querschnitt eines Stromkabels 600B mit Sensorstreifen 611A, 611B, 611C und 611D, die in der Außenseite des isolierten Mantels 605 angeordnet sind. Eine äußere Oberfläche 615 der Sensorstreifen bildet einen Teil der äußeren Oberfläche 606 des Mantels 605. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine äußere isolierte Beschichtung 619 auf die äußere Oberfläche 606 des Mantels 605 aufgebracht, einschließlich der äußeren Oberfläche 615 der Sensorstreifen 611A, 611B, 611C und 611D. Der radiale Abstand von den Sensorstreifen 611A, 611B, 611C und 611D zur äußeren Oberfläche 606 des Mantels 605 ist geringer als der radiale Abstand von den Leitern zur äußeren Oberfläche. Die Beschichtung 619 isoliert die Sensorstreifen vom leitenden Material, das mit den Sensorstreifen in Kontakt kommen könnte, wie z.B. verunreinigtes Wasser, Metallrohre usw.

6C ist ein Querschnitt eines Kabels 600C ähnlich zum Ausführungsbeispiel des Stromkabels 600A, wo Sensorstreifen 621A, 621B, 621C und 621D auf der inneren Oberfläche 613 des Mantels 605 abgelagert sind, so dass sich die Sensorstreifen in den inneren Bereich 604 des Mantels 605 erstrecken. Die Sensorstreifen können durch ein Verfahren wie z.B., dass Heißschmelze aufgebracht wird, aufgebracht werden.

6D ist ein Querschnitt eines Kabels 600D, wo Sensorstreifen 623A, 623B, 623C und 623D auf der äußeren Oberfläche 606 des Mantels 605 abgelagert sind. Eine isolierte Beschichtung 625 bedeckt und isoliert die Sensorstreifen und den äußeren Mantel 605.

6E ist ein Querschnitt eines Stromkabels 600E, in dem Leiter 627A, 627B und 627C in der Kabelisolierung 629 verteilt sind. Die Isolierung 629 stützt die Leiter ab und beabstandet sie ebenso wie sie sie isoliert. Sensorstreifen 631A, 631B, 631C, 631D, 631E, 631F, 631G und 631H sind radial um das geometrische Zentrum 632 des Querschnitts der Isolierung 629 verteilt. Der radiale Abstand zwischen den Sensorstreifen und der äußeren Oberfläche 633 des Kabels 600E ist geringer als der radiale Abstand zwischen den Leitern 627A, 627B und 627C und der äußeren Oberfläche 633 des Kabels 600E.

6F ist ein Querschnitt eines flachen Stromkabels 600F. Leiter 635A, 635B und 635C sind kollinear. Sensorstreifen 637A, 637B, 637C, 637D, 637E und 637F sind in der Isolierung 639 so verteilt, dass die Streifen näher an der nähesten Außenfläche liegen als der "spannungsführende" Leiter, der geschützt ist. Ein Leiter auf Massepotential (wie z.B. 635B in typischen Kabeln) erfordert keinen solchen Schutz.

6G ist ein Querschnitt eines Kabels 600G mit acht Sensorstreifen 641, die in der Isolierung 642 angeordnet sind, die den ersten Leiter 643A umgibt, und acht Sensorstreifen 641, die den zweiten Leiter 643B umgeben. Die Sensorstreifen 641 können mit der Isolierung 642 coextrudiert werden, wenn das Kabel gebildet wird.

6H ist ein Querschnitt eines Kabels 600H mit einer Vielzahl von Sensorstreifen 645, die mit einer äußeren Oberfläche 646 der Streifen auf der äußeren Oberfläche 647 der Isolierung 649 extrudiert werden. Die Beschichtung 651 stellt eine Isolierung bereit, um unerwünschte Strompfade für die Sensorstreifen 645 zu verhindern.

6I ist ein Querschnitt eines Kabels 600I, der ein Verfahren zum Verteilen von Sensorstreifen 651 im Kabel 600I demonstriert. Spannungsführende Leiter 653A und 653B sind durch gerade Linien 652 eingeschlossen, die benachbarte Sensorstreifen verbinden. In dieser Weise besitzen die Sensorstreifen eine angemessene Gelegenheit zum Öffnen und Deaktivieren der Leiter, bevor ein Objekt den spannungsführenden Leiter berühren kann.

7A ist eine perspektivische Zeichnung des Steckerendes 701 eines Stromkabels 703 mit einem Sensorstreifen-Verbindungselement 705. Wenn ein Ring 706 des Sensorstreifen-Verbindungselements 705 auf das Ende 701 gepresst wird, federn die Federkontakte 707A, 707B, 707C und 707D auseinander und stellen einen Klemmkontakt mit den Sensorstreifen 709A, 709B, 709C und 709D her. Ein Teil der Kabelisolierung 711 wurde abgelöst, um die Sensorstreifen über eine Länge freizulegen, die ausreicht, um das Sensorstreifen-Verbindungselement 705 einzufügen. Eindringspitzen 708 an jedem der Federkontakte halten das Sensorstreifen-Verbindungselement 705 am Kabel 703 fest und unterstützen den Kontakt mit den Sensorstreifen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Federkontakte 707B und 707D durch einen Nebenschluss 713 verbunden. Eine Drahtverbindung 715, die mit dem Federkontakt 707A verbunden ist, und eine Drahtverbindung 717, die mit dem Federkontakt 707C verbunden ist, sind mit einer Impedanzmessschaltung (nicht dargestellt) verbunden. Die Leiter 719A, 719B und 719C verlaufen durch eine Öffnung 706A des Sensorstreifen-Verbindungselements 705.

7B ist ein Querschnitt des Sensorstreifen-Verbindungselements 700B. Eine Leiste 721 des Sensorstreifen-Verbindungselements 700B stellt einen Presssitz mit dem zugeschnittenen Ende des Kabels 703 her. Der Sensorstreifenkontakt 723 stellt einen Presssitz am Sensorstreifen 709A her. Ein Drahtverbindungselement 725 verbindet den Sensorstreifenkontakt 723 mit der Impedanzmessschaltung oder einem anderen Element des in Reihe geschalteten Sensors (nicht dargestellt). Die Isolierung 711 ist zugeschnitten, um zu ermöglichen, dass der Kontakt 723 des Verbindungselements 700B einen Kontakt mit dem Sensorstreifen 709A herstellt. Die Öffnung 722 stellt einen Zwischenraum für den Leiter 719C bereit.

7C ist ein Querschnitt eines Sensorstreifen-Verbindungselements 700C. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Verbindungselement 700C einen Presssitz mit der äußeren Isolierung 711 des Kabelendes 703. Kein Zuschneiden des Kabelendes 703 ist erforderlich. Der Einfügekontakt 727 durchbohrt das Ende des Sensorstreifens 709C, um einen elektrischen Kontakt mit dem Sensorstreifen 709C herzustellen. Ein Drahtverbindungselement 725 verbindet den Einfügekontakt 727 mit einem anderen Element (nicht dargestellt).

7D ist eine perspektivische Ansicht und teilweise aufgeschnitten von einem weiteren Ausführungsbeispiel von Sensorstreifenverbindungen. Das Kabelende 729 durchdringt das Modulgehäuse 731. Ein Nebenschluss 733A aus leitendem Polymer verbindet die Enden eines Paars von Sensorstreifen (nicht dargestellt). Ein Nebenschluss 733B aus leitendem Polymer verbindet die Enden von Sensorstreifen 734 (aufgeschnitten gezeigt) und eines zweiten Sensorstreifens (nicht dargestellt). Verbindungselemente 735A und 735B aus leitendem Polymer verbinden Sensorstreifenenden (nicht dargestellt) mit Drahtverbindungselementen 737A und 737B. Nebenschlüsse und Verbindungselemente aus leitendem Polymer können aus demselben leitenden Material hergestellt werden, das in den Sensorstreifen verwendet wird. Das leitende Material kann beispielsweise ein mit Kohlenstoffteilchen gefülltes Polyethylen sein. Die Nebenschlüsse und Verbindungselemente aus leitendem Polymer können durch ein Schweiß- oder Heißschmelzverfahren aufgebracht werden. In anderen Ausführungsbeispielen können die Nebenschlüsse und Verbindungselemente aus leitendem Polymer eine polymere Klebstoffpaste sein, die mit Teilchen wie z.B. Metallteilchen gefüllt ist, um die Verbindungen an den Sensorstreifenenden herzustellen.

7E ist eine perspektivische Zeichnung von Sensorstreifenverbindungen am Lastende eines Stromkabels 743. Nebenschlüsse 745A und 745B aus leitendem Polymer verbinden Paare von Sensorstreifenenden (nicht dargestellt) wie in 7D. Verbindungselemente 747A und 747B aus leitendem Polymer schalten den Sensorstreifen 749 mit einem Paar von Kabelsensorstreifen über Drahtverbindungselemente 746A und 746B in Reihe. Der Sensorstreifen 749 besteht aus einem leitenden Polymer, das auf die Innenseite des Gehäuses 751 der Lastvorrichtung 753 aufgebracht ist. Wenn das Gehäuse 751 ausreichend beschädigt wird, um das Gehäuse zu zerbrechen, wird der Sensorstreifen 749 geöffnet, was die Leistungsversorgung für die Leiter 755A und 755B auslöst.

7F ist eine perspektivische Zeichnung einer Steckbuchse 761, die am Lastende 763 eines Verlängerungskabels 765 angebracht ist. Steckbuchsensensorstreifen 767A und 767B sind verbunden (nicht dargestellt), um einen Nebenschluss zu bilden, der die Kabelsensorstreifen 769A und 769B verbindet. Die Verbindungen, wo die Steckbuchsensensorstreifen 767A und 767B die Kabelsensorstreifen 769A und 769B treffen, können Presssitze, Schweißverbindungen sein oder leitende Klebstoffe können verwendet werden. Eine Beschichtung (nicht dargestellt), die über die Sensorstreifen 767A und 767B aufgebracht ist, isoliert die Streifen. Alternativ werden die Sensorstreifen 767A und 767B unter der Oberfläche der Steckbuchse gemeinsam geformt.

8 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels 800 einer zweiten geschützten elektrischen Vorrichtung 801, die in eine erste geschützte elektrische Vorrichtung 803 eingesteckt werden kann. Die Leistung für die Last 805 wird durch Zinken 810A und 810B eines ersten Steckers 808, einen ersten Leiter 807A und einen zweiten Leiter 807B, Zinkenaufnahmen 812A und 812B eines ersten Verbindungselements 809, Zinken 814A und 814B eines zweiten Steckers 811 und Leiter 816A und 816B der Vorrichtung 801 geliefert. Ein Relais 813 unterbricht den Strom durch den ersten Leiter 807A, wenn es durch die Impedanzmessschaltung 815 geöffnet wird. Der in Reihe geschaltete Sensor für die erste geschützte Vorrichtung 803 umfasst einen ersten Sensorstreifen 819, einen zweiten Sensorstreifen 821 und einen Nebenschluss 823 mit einem Anker 825, einem Ankerkontakt 827 und einem Nebenschluss-Verbindungselement 829.

Die zweite geschützte Vorrichtung 801 umfasst einen zweiten in Reihe geschalteten Sensor 830 mit einem dritten Sensorstreifen 831, einem vierten Sensorstreifen 833 und einem Nebenschluss 835, der ein Sensorstreifen, der benachbart zur Last 805 angeordnet ist, sein kann. Der Körper 837 des Doppelleiterstifts 839 ist mit dem dritten Sensorstreifen 831 des in Reihe geschalteten Sensors 830 verbunden. Die Spitze 841 des Doppelleiterstifts 839 ist mit dem vierten Sensorstreifen 833 des in Reihe geschalteten Sensors 830 verbunden.

Wenn der Stecker 811 der zweiten elektrischen Vorrichtung 801 in das Verbindungselement 809 der ersten elektrischen Vorrichtung 803 eingesteckt wird, stellt die Spitze 841 des Doppelleiterstifts 839 mit dem Spitzenkontaktelement 843 des Verbindungselements 809 einen Kontakt her. Die Spitze 841 bewegt auch das Spitzenkontaktelement 843 und den Anker 825 in der Richtung des Pfeils 846, was den elektrischen Kontakt zwischen dem Anker 825 und dem Ankerkontakt 827 unterbricht. Der Körper 837 des Doppelleiterstifts 839 stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Körperkontakt 845 des Verbindungselements 809 her. Das Einstecken des zweiten Steckers 811 in das Verbindungselement 809 trennt folglich den ersten in Reihe geschalteten Sensor 817 und erzeugt einen dritten in Reihe geschalteten Sensor mit dem ersten Sensorstreifen 819, dem dritten Sensorstreifen 831, dem Nebenschluss 835, dem vierten Sensorstreifen 833 und dem zweiten Sensorstreifen 821. Eine Übertemperaturbedingung entweder in der zweiten elektrischen Vorrichtung 801 oder der ersten elektrischen Vorrichtung 803 wird von der Impedanzmessschaltung 815 festgestellt, die die Leistung für die Vorrichtung über das Relais 813 unterbricht.

9A ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels 900 einer zweiten geschützten elektrischen Vorrichtung 901, die in eine erste geschützte elektrische Vorrichtung 903 eingesteckt werden kann. Die Leistung für die Last 905 wird durch Zinken 910A und 910B eines ersten Steckers 908, einen ersten Leiter 907A und einen zweiten Leiter 907B, Zinkenaufnahmen 912A und 912B des ersten Verbindungselements 909, Zinken 914A und 914B des zweiten Steckers 911 und Leiter 916A und 916B der Vorrichtung 901 geliefert. Das Relais 913 unterbricht den Strom durch den ersten Leiter 907A, wenn es durch die Impedanzmessschaltung 915 geöffnet wird. Der Massekontakt zum Gehäuse der Last 905 ist durch einen Massestift 918 des Steckers 908, einen Masseleiter 920 der Vorrichtung 903, eine Massestiftaufnahme 922 des Verbindungselements 909, einen Massestift 924 des Steckers 911, einen Masseleiter 926 der Vorrichtung 901 und einen Lastmasseleiter 928 vorgesehen.

Der in Reihe geschaltete Sensor 906 für die erste geschützte Vorrichtung 903 umfasst einen ersten Sensorstreifen 919, einen Masseleiter 920 und einen Nebenschluss 923 mit einem ersten Anker 925, einem ersten Ankerkontakt 927 und einem Nebenschlussverbindungselement 929.

Die zweite geschützte Vorrichtung 901 umfasst einen zweiten in Reihe geschalteten Sensor 930 mit einem dritten Sensorstreifen 931, einem Masseleiter 926 und einem Nebenschluss 935. Der Stift 939 ist mit dem dritten Sensorstreifen 931 des in Reihe geschalteten Sensors 930 verbunden.

Wenn der Stecker 911 der zweiten elektrischen Vorrichtung 901 in das Verbindungselement 909 der ersten elektrischen Vorrichtung 903 eingesteckt wird, stellt der Stift 939 einen elektrischen Kontakt mit dem Kontaktelement 943 des Verbindungselements 909 her. Der Stift 939 bewegt auch den Kontakt 943 und den Anker 925 in der Richtung des Pfeils 960, wobei der elektrische Kontakt zwischen dem Anker 925 und dem Ankerkontakt 927 unterbrochen wird.

Das Einstecken des zweiten Steckers 911 in das Verbindungselement 909 trennt folglich den ersten in Reihe geschalteten Sensor 906 und erzeugt einen dritten in Reihe geschalteten Sensor mit dem ersten Sensorstreifen 919, dem dritten Sensorstreifen 931, dem Nebenschluss 935, dem Masseleiter 926 und dem Masseleiter 920 und ihren zugehörigen Verbindungselementen. Eine Übertemperaturbedingung entweder in der zweiten elektrischen Vorrichtung 901 oder der ersten elektrischen Vorrichtung 903 wird von der Impedanzmessschaltung 915 festgestellt, die die Leistung für die Vorrichtungen über das Relais 913 unterbricht.

Der in Reihe geschaltete Sensor der Vorrichtungen 901 und 903 führt drei unterschiedliche Funktionen durch. Erstens wird eine Übertemperaturbedingung in einer Vorrichtung durch die Sensorstreifen festgestellt, die in den Vorrichtungen angeordnet sind, und unterbricht die Leistung über das Relais 913. Zweitens löst eine mechanische Beschädigung, die die Kontinuität des in Reihe geschalteten Sensors unterbricht, die Leistung durch das Relais 913 aus. Drittens wirkt der in Reihe geschaltete Sensor als Massekontinuitätssensor, der die Leistung für die Vorrichtungen über das Relais 913 auslöst, wenn ein Leerlauf im Massestromkreis zur Last auftritt.

9B ist eine perspektivische Zeichnung eines Steckers 911 für eine zweite geschützte Vorrichtung mit einem ersten Leiterzinken 914A, einem zweiten Leiterzinken 914B, einem Massestift 924 und einem Sensorstift 939. Der Stecker 911 wird in die Steckbuchse oder das Verbindungselement 909 einer ersten geschützten Vorrichtung mit einer ersten Zinkenaufnahme 912A, einer zweiten Zinkenaufnahme 912B, einer Massestiftaufnahme 922 und einer Sensorstiftaufnahme 951 eingesetzt. Ein Adapter 953 zum Anpassen des geschützten Steckers 911 an eine geerdete Standardsteckbuchse (nicht dargestellt) umfasst Zinken- und Stiftaufnahmen (ähnlich zu 912A, 912B, 922 und 951 der Steckbuchse 909) am Ende 955 und einen ersten Leiterzinken 957A, einen zweiten Leiterzinken 957B und einen Massestift 959. Ein ähnlicher Adapter kann für die Vorrichtungen von 8 verwendet werden, wobei der Massestift beseitigt ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Sensorstift 939 vom Stecker 911 durch eine Stift- und Buchsenanordnung (nicht dargestellt) abnehmbar gemacht, was ermöglicht, dass der Stecker 911 in eine geerdete Standardsteckbuchse eingesteckt wird.

Beispiel 1

Eine 0,330 cm breite mal 0,152 cm dicke mal 15,24 cm lange Testprobe wurde aus einem kommerziell erhältlichen extrudierten leitenden Flächenpolymer hergestellt. Das leitende Polymer war mit Kohlenstoffteilchen gefülltes Polyethylen mit niedriger Dichte, das unter dem Handelsnamen CONTRIM® LD, hergestellt von Crystal-X Corporation, Darby, Pa, erhältlich ist. Der Widerstand wurde von Ende zu Ende mit Testklemmen gemessen und der spezifische Volumenwiderstand als 101 &OHgr;-cm bei Umgebungstemperatur (22 Grad Celsius) berechnet. Die Probe wurde in Luft erhitzt und der Widerstand gemessen. 10A zeigt das resultierende Diagramm des spezifischen Volumenwiderstandes als Funktion der Temperatur. Der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes wurde aus den Daten durch Dividieren der Änderung des spezifischen Widerstandes durch die Änderung der Temperatur für aufeinander folgende Messwerte berechnet. Das Diagramm des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes als Funktion der Temperatur ist in 10B gezeigt.

Beispiel 2

Eine 0,355 cm breite mal 0,154 cm dicke mal 10,16 cm lange Testprobe wurde aus einem kommerziell erhältlichen extrudierten leitenden Flächenpolymer hergestellt. Das leitende Polymer war mit Kohlenstoffteilchen gefülltes Polyethylen mit hoher Dichte, das unter dem Handelsnamen CONTRIM® VF, hergestellt von Crystal-X Corporation, Darby, Pa, erhältlich ist. Der Widerstand wurde von Ende zu Ende mit Testklemmen gemessen und der spezifische Volumenwiderstand als 125 &OHgr;-cm bei 27 Grad Celsius berechnet. Die Probe wurde in Luft erhitzt und der Widerstand gemessen. 11A zeigt das resultierende Diagramm des spezifischen Volumenwiderstandes als Funktion der Temperatur. Der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes wurde aus den Daten durch Dividieren der Änderung des spezifischen Widerstandes durch die Änderung der Temperatur für aufeinander folgende Messwerte berechnet. Das Diagramm des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes als Funktion der Temperatur ist in 11B gezeigt.

Die Proben sowohl des gefüllten Polyethylens mit niedriger Dichte als auch des gefüllten Polyethylens mit hoher Dichte wiesen die gewünschte Zunahme des PTC mit der Temperatur auf. Die Polyethylenprobe mit niedriger Dichte wies eine Zunahme des PTC von über 4 Dekaden zwischen der Umgebungs- und der maximalen Testtemperatur (78 Grad Celsius) auf.

Folglich wird der Leser sehen, dass die ELEKTRISCHE SICHERHEITSVORRICHTUNG MIT LEITEFÄHIGEM POLYMERSENSOR einen Übertemperaturschutz für elektrische Vorrichtungen bereitstellt, der vorher nicht erhältlich war. Die Vorrichtung stellt die folgenden zusätzlichen Vorteile bereit:

  • • Die Vorrichtung unterbricht die Leistung für ein Stromkabel oder ein elektrisches Gerät über einem beliebigen Teil des Kabels;
  • • Die Vorrichtung unterbricht die Leistung für die Vorrichtung bei einer mechanischen Beschädigung, die aktivierte Leiter freilegen könnte;
  • • Die Vorrichtung unterbricht die Leistung für die Vorrichtung, wenn die Massekontinuität verloren geht;
  • • Zusätzliche elektrische Vorrichtungen werden ohne zusätzliche Elektronik oder Unterbrecher geschützt; und
  • • Die Vorrichtung kann leicht mit einem Überstrom- und Erdschlussschutz kombiniert werden.

Obwohl die obige Beschreibung viele Spezifikationen enthält, sollten diese nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung, sondern lediglich als Bereitstellung von Erläuterungen von einigen der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung aufgefasst werden. Ein Wechselstrom- oder Impulsstromsignal kann beispieisweise an den in Reihe geschalteten Sensor angelegt werden. Folglich sollte der Schutzbereich der Erfindung vielmehr durch die beigefügten Ansprüche und ihre gesetzlichen Äquivalente als durch die gegebenen Beispiele bestimmt werden.


Anspruch[de]
Isolierter elektrischer Leiter für die Feststellung einer Übertemperatur und mechanischen Beschädigung, wobei der isolierte elektrische Leiter umfasst:

einen lang gestreckten, elektrischen Leiterteil (107, 109; 653A, 653B), der von einem Isolationsteil (121) umgeben ist, wobei der Isolationsteil (121) eine äußere Oberfläche umfasst; und

mindestens drei Sensorstreifen (123, 129; 123, 201; 651), die sich auf der beträchtlichen Länge des elektrischen Leiterteils (107, 109; 653A, 653B) erstrecken, wobei jeder der mindestens drei Sensorstreifen (123, 129; 123, 201; 651) im Isolationsteil (121) zwischen dem elektrischen Leiterteil (107, 109; 653A, 653B) und einem geschützten Teil der äußeren Oberfläche angeordnet ist, so dass in einem Querschnitt des isolierten elektrischen Leiters der elektrische Leiterteil (107, 109; 653A, 653B) von einer Vielzahl von geraden Linien (652) umschlossen ist, die benachbarte Streifen der mindestens drei Sensorstreifen (651) verbinden, so dass jeder der mindestens drei Sensorstreifen (123, 129; 123, 201; 651) als Sensor für eine mechanische Beschädigung durch den Verlust der Kontinuität, bevor der elektrische Leiterteil (107, 109; 653A, 653B) freigelegt wird, wirkt, und wobei mindestens einer (123) der mindestens drei Sensorstreifen ein leitendes Polymermaterial umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

das leitende Polymermaterial einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes aufweist, der mit der Temperatur um mindestens eine Größenordnung zwischen dreißig Grad Celsius und einer festgelegten maximalen zulässigen Temperatur vor dem Erweichungs-, Schmelz- oder Verschmorungspunkt des Isolationsteils (121) zunimmt, was zu einem Übertemperatursensor mit einem Schalteffekt führt.
Isolierter elektrischer Leiter zum Feststellen einer Übertemperatur und mechanischen Beschädigung mit:

einem lang gestreckten, elektrischen Leiterteil (107, 109; 653A, 653B), der von einem Isolationsteil (121) umgeben ist, wobei der Isolationsteil (121) eine äußere Oberfläche umfasst;

einem ersten Sensorstreifen (123), der im Isolationsteil (121) angeordnet ist und sich auf einer beträchtlichen Länge des elektrischen Leiterteils (107, 109; 653A, 653B) erstreckt, wobei der erste Sensorstreifen (123) ein leitendes Polymermaterial umfasst; und

mindestens drei zweiten Sensorstreifen (129; 651), die im Isolationsteil (121) zwischen dem elektrischen Leiterteil (107, 109; 653A, 653B) und einem ersten geschützten Teil der äußeren Oberfläche angeordnet sind, so dass in einem Querschnitt des isolierten elektrischen Leiters der elektrische Leiterteil (107, 109; 653A, 653B) von einer Vielzahl von geraden Linien (652) umschlossen ist, die benachbarte Streifen der mindestens drei Sensorstreifen (651) verbinden, so dass jeder der mindestens drei zweiten Sensorstreifen (129; 651) als Sensor für eine mechanische Beschädigung durch den Verlust der Kontinuität, bevor der elektrische Leiter (107, 109; 653A, 653B) freigelegt wird, wirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass

das leitende Polymermaterial des ersten Sensorstreifens (123) einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes aufweist, der mit der Temperatur um mindestens eine Größenordnung zwischen dreißig Grad Celsius und einer festgelegten maximalen zulässigen Temperatur vor dem Erweichungs-, Schmelz- oder Verschmorungspunkt des Isolationsteils (121) zunimmt, was zu einem Übertemperatursensor mit einem Schalteffekt führt.
Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 1 mit mindestens einem Nebenschluss (135; 213), der mindestens zwei der Sensorstreifen (123, 129; 123, 201) an einem ersten Ende des isolierten elektrischen Leiters verbindet, was eine in Reihe geschaltete Sensorschleife (137; 217) bildet, die an einem zweiten Ende des isolierten elektrischen Leiters verbunden werden kann. Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 2 mit mindestens einem Nebenschluss (135), der den ersten Sensorstreifen (123) und einen der zweiten Sensorstreifen (129) an einem ersten Ende des isolierten Leiters verbindet, was eine in Reihe geschaltete Sensorschleife (137) bildet, die an einem zweiten Ende des isolierten Leiters verbunden werden kann. Isolierter Leiter nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das leitende Polymer ein Polyolefin umfasst. Isolierter Leiter nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das leitende Polymer Polyethylen umfasst. Isolierter Leiter nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das leitende Polymer Kohlenstoffteilchen umfasst. Isolierter elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der positive Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes um mindestens zwei Größenordnungen zwischen dreißig Grad Celsius und der festgelegten maximalen zulässigen Temperatur des Isolationsteils zunimmt. Elektrische Vorrichtung zum Verringern von elektrischen Gefahren aufgrund einer Übertemperatur und mechanischen Beschädigung, wobei die Vorrichtung umfasst:

ein Stromkabel (101; 203) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; einen Stecker (130; 207), der am ersten Ende des Stromkabels (101; 203) angeordnet ist, wobei der Stecker (103; 207) in eine elektrische Steckdose (117) einsteckbar ist;

einen isolierten elektrischen Leiter nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, der im Kabel (101; 203) angeordnet ist und sich vom Stecker (103; 207) zum zweiten Ende des Stromkabels erstreckt; und

einen Unterbrecher (115), der wirksam mit der Sensorschleife (137; 217) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 und in Reihe mit dem lang gestreckten elektrischen Leiterteil (107, 109) verbunden ist, wobei der Unterbrecher (115) den Strom zum lang gestreckten elektrischen Leiterteil (107, 109) abtrennt, wenn der Widerstand des Sensorstreifens auf einen vorbestimmten Wert ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer Erdschluss-Steuereinheit (225, 227), die wirksam mit dem Unterbrecher (115) verbunden ist, wobei die Erdschluss-Steuereinheit den Unterbrecher beim Feststellen eines elektrischen Stroms zur Erdung öffnet. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer Überstrom-Steuereinheit, die wirksam mit dem Unterbrecher (115) verbunden ist, wobei die Überstrom-Steuereinheit den Unterbrecher beim Feststellen einer Überstrombedingung im lang gestreckten elektrischen Leiterteil (107, 109) öffnet.






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