DE102006049395A1 - Verfahren zum Schutz eines Heizelementes sowie Heizvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Heizelementes (4) mit wenigstens einem Spannungsabgriff (6) vor Überhitzung, mit den Schritten: - Ermitteln eines Heizelementgrenzwertes, - Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes, - Erfassen des Heizelementwertes (4) und des wenigstens einen Spannungsabgriffswertes und - Deaktivieren des Heizelementes (4), wenn der Heizelementgrenzwert oder der wenigstens eine Spannungsabgriffsgrenzwert überschritten wird. Ferner gehört zur Erfindung eine Heizvorrichtung (2) sowie ein wasserführendes Haushaltsgerät mit einer derartigen Heizvorrichtung (2).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff vor Überhitzung. Ferner betrifft die Erfindung eine Heizvorrichtung und ein wasserführendes Haushaltsgerät mit einer derartigen Heizvorrichtung.
- Heizvorrichtungen mit einem elektrisch betriebenen Widerstandsheizelement benötigen einen Schutz vor Überhitzung, insbesondere wenn sie in wasserführenden Haushaltsgeräten, wie z.B. Wasserkocher, Kaffeemaschinen, Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, eingesetzt werden. Zum Schutz vor Überhitzung ist dabei vorgesehen, dass während des Heizbetriebes durch Messung von Heizstrom und -spannung der Heizungswiderstand bestimmt wird und bei Überschreiten eines festen Grenzwertes eine Abschaltung der Heizung erfolgt. Dies erfordert jedoch eine sehr genaue und langzeitstabile Messung von Heizungsstrom und -spannung. Des Weiteren dürfen die für die Fertigung verwendeten Heizungswiderstände nur eine geringe Exemplarstreuung aufweisen, um eine Strommesseinrichtung mit der erforderlichen Genauigkeit realisieren zu können. Problematisch sind jedoch kritische partielle Überhitzungen mit relativ kleiner Flächeausdehnung, die ebenfalls zu einer Zerstörung des Heizelementes führen können. Sie können so nicht von unkritischen, großflächigen Erwärmungen unterschieden werden.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schutz eines Heizelementes bereitzustellen, dass gegenüber Exemplarstreuungen neutral ist, mit geringen Aufwand realisiert werden kann und die zuverlässige Erkennung von partiellen Überhitzungen erlaubt.
- Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Schutz eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff vor Überhitzung, mit den Schritten:
- – Ermitteln eines Heizungselementsgrenzwertes,
- – Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes,
- – Erfassen des Heizelementswerts und des wenigstens einem Spannungsabgriffwertes, und
- – Deaktivieren des Heizelements, wenn der Heizelementgrenzwert oder der wenigstens eine Spannungsabgriffgrenzwert überschritten wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei aus, mittels eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff weitere charakteristische Werte des Heizungselementes erfasst und zur Auswertung herangezogen werden. Dabei erlaubt das kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfolgende Erfassen des Heizelementwertes und des wenigstens eines Spannungsabgriffwertes, dass auch partielle Überhitzungen zuverlässig erkannt werden können. Ferner wird durch das Verfahren der Einfluss von Exemplarstreuungen eliminiert.
- Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Widerstandswert herangezogen wird. Dabei kann es sich um den Widerstandswert des Heizelementes handeln, der mittels einer Überwachungseinrichtung aus dem durch das Heizelement fließenden elektrischen Strom und der an dem Heizelement abfallenden elektrischen Spannung ermittelt wird. Dieser Widerstandswert wird dann mit dem vorher ermittelten und abgespeicherten Heizelementgrenzwert kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz während des Betriebes überwacht und verglichen, wobei bei Überschreiten des ermittelten Heizelementgrenzwertes das Heizelement deaktiviert wird. An Stelle der Heranziehung eines Widerstandswerts kann alternativ auch der Leitwert Verwendung finden.
- Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Spannungsverhältnis herangezogen wird. Dabei handelt es sich bei dem Spannungsverhältnis um das Verhältnis aus dem Spannungsabfall über dem wenigstens einen Spannungsabgriff und dem Spannungsabfall über dem Heizelement. Sind mehrere Spannungsabgriffe am Heizelement vorgesehen werden entsprechend der Anzahl der Spannungsabgriffe eine entsprechende Anzahl an Spannungsverhältnissen in Bezug zum Spannungsabfall am Heizelement ermittelt. Während des Betriebs werden die jeweiligen an den Spannungsabgriffen abfallenden Spannungen mittels der Überwachungseinrichtungen kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfasst und mit vorher bestimmten Spannungsabgriffsgrenzwerten verglichen. Sobald ein Wert einen vorgegebenen Spannungsabgriffsgrenzwert überschreitet, wird das Heizelement deaktiviert.
- Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Schritte
- – Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, und
- – Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffgrenzwertes
- Ferner gehört zur Erfindung eine Heizvorrichtung, wenigstens umfassend ein Heizelement mit wenigstens einem Spannungsabgriff und mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Heizelementes, die der derart ausgebildet ist, dass auf ein Überschreiten mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes hin die Heizvorrichtung deaktiviert wird. Diese Vorrichtung erlaubt es auf einfache Art und Weise durch Bereitstellen eines zusätzlichen Spannungsabgriffes, partielle Überhitzungen zuverlässig zu erfassen und zugleich durch Vergleiche mit vorgegebenen Grenzwerten Fertigungstoleranzen der verwendeten Bauteile zu kompensieren.
- Dazu ist es vorzugsweise vorgesehenen, dass der mindestens eine vorgegebene Grenzwert ein Widerstandswert ist, der mittels einer Strom- und Spannungsmessung erfasst wird. Es kann sich dabei bspw. um den Heizelementgrenzwert des Heizelementes der Heizvorrichtung handeln. Analog kann auch der entsprechende Leitwert Verwendung finden.
- Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine vorgegebene Grenzwert ein Spannungsverhältnis ist, dass aus der am Heizelement fallenden elektrischen Spannung und der an dem wenigstens einem Spannungsabgriff abfallenden elektrischen Spannung gebildet wird. Bei dem vorgegebenen Grenzwert kann es sich bspw. um den wenigstens einen Spannungsabgriffsgrenzwert handeln.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung Strommessmittel zur Erfassung des durch das Heizelement fließenden elektrischen Stromes aufweist, um so den Widerstandswert des Heizelementes zu bestimmen. Dabei erfolgt die Strommessung über die Messung eines Spannungsabfalls über einen Shuntwiderstand.
- Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung einen Speicher aufweist, in der der mindestens eine vorgegebene Grenzwert abgespeichert werden kann. Dies erlaubt es, in einem Initialisierungsvorgang z.B. einen Heizelementgrenzwert und mindestens einen Spannungsabgriffgrenzwert zu erfassen und daraus die jeweiligen Grenzwerte zu bestimmen, die dann in dem Speicher abgespeichert werden können. Nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs hat dann ein Mikrokontroller einer Überwachungseinrichtung Zugriff auf die abgespeicherten Grenzwerts, um einen Vergleich mit den kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfassten Heizelementwerten und den wenigstens ein Spannungsabgriffwert durchführen zu können.
- Ferner gehört zur Erfindung ein wasserführendes Haushaltsgerät, wie z.B. ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine, eine Geschirrspülmaschine oder eine Waschmaschine, die wenigstens eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung aufweist.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. - Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
2 weist ein Heizelement4 auf, bei dem es sich um ein elektrisches Heizelement in Dickschichttechnik mit im Wesentlichen länglicher Form handelt. Das Heizelement4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Spannungsabgriffe6 auf. Alternativ kann jedoch auch eine andere Anzahl von Spannungsabgriffen vorgesehen sein. - Die Heizvorrichtung
2 weist einen Anschluss22 zur Versorgung mit elektrischer Energie auf, die bei geschlossenen Relaisschalter16 durch das Heizelement4 fließt. In Reihe zum Heizelement4 ist ein Shuntwiderstand10 angeordnet, der der Strommessung des durch das Heizelement4 fließenden elektrischen Stromes dient. - Ferner gehört zur Heizvorrichtung
2 eine Messwandlereinheit12 , die der Anpassung der Eingangsspannung des Heizelements4 , des Spannungsabfalls über dem Shuntwiderstand10 sowie der Spannungsabfälle über den Spannungsabgriffen6 dient. - Des Weiteren umfasst die Heizvorrichtung
2 eine Überwachungseinrichtung8 , die einen Mikrokontroller (nicht dargestellt) und einen Speicher (nicht dargestellt) aufweist. Der Mikrokontroller ist eingangsseitig mit der Spannungswandlereinheit8 verbunden und steht ausgangsseitig mit einem Relais14 in Wirkverbindung. Ferner ist die Überwachungseinrichtung8 mit einer Referenzspannungsquelle20 verbunden. - Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
2 erläutert. - In einem Initialisierungsschritt erfolgt nach Anlegen einer Betriebsspannung an dem Anschluss
22 zuerst ein Erfassen des Spannungsabfalls über das Heizelement4 sowie des durch das Heizelement4 fließenden elektrischen Stromes mittels des Shuntwiderstands10 . Diese Werte werden nach Anpassen durch die Messwandlereinheit12 der Überwachungseinrichtung8 mit dem Mikrokontroller zugeführt und daraus ein Grenzwert für den Widerstandswert ermittelt. Dabei kann der messtechnisch ermittelte Grenzwert mit einem vorgegebenen Korrekturfaktor multipliziert werden. Dieser Wert wird dann im Speicher als vorgegebener Heizelementgrenzwert abgespeichert. - In einem nächsten Schritt werden die Werte für die Spannungsabfälle an den Spannungsabgriffen
6 erfasst, mittels der Messwandlereinheit12 angepasst und der Überwachungseinheit8 mit dem Mikrokontroller zugeführt. Anschließend wird für jeden Spannungsabgriff6 ein Spannungsverhältnis bezogen auf den Spannungsabfall über das Heizelement4 ermittelt und in dem Speicher als Spannungsabgriffsgrenzwerte abgespeichert, wobei ebenfalls eine Multiplikation mit einem vorgegebenen Korrekturfaktor vorgesehen sein kann. Zusätzlich ist es möglich, dass als weiterer Grenzwert das Spannungsverhältnis der beiden Spannungsabgriffe6 gebildet und abgespeichert wird. Damit ist der Initialisierungsvorgang abgeschlossen. - Während des Betriebes hingegen wird die Heizvorrichtung
2 wieder eine an dem Anschluss22 angeschlossene Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt, die bei geschlossenem Relaisschalter16 einen durch das Heizelement fließenden elektrischen Strom hervorruft, der eine Erwärmung des Heizelements4 bewirkt. Kontinuierlich oder mit einem vorgegebenen Abtastverhältnis werden mittels der Messwandlereinheit12 und der Überwachungseinrichtung8 der durch das Heizelement4 fließende Strom mittels des Shuntwiderstands10 und die über das Heizelement4 abfallende Spannung erfasst. Anschließend werden aus dem durch das Heizelement4 fließenden elektrischen Strom und der an den Heizelement4 abfallenden elektrischen Spannung der aktuelle Widerstandswert ermittelt, der mit dem während des Initialisierungsschrittes ermittelten und abgespeicherten Heizelementsgrenzwertes verglichen wird. Ist der aktuelle Widerstandswert größer als der vorgegebenen Heizelementgrenzwert veranlasst die Überwachungseinrichtung, dass das Relais14 nicht mit Strom versorgt wird, so dass der Relaisschalter16 öffnet und damit das Heizelement4 von der Spannungsversorgung trennt. - Ferner werden kontinuierlich oder mit einem vorgegebenen Abtastverhältnis die Spannungsabfälle an den Spannungsabgriffen
6 erfasst und die Verhältnisse der Spannungen an den Spannungsabgriffen6 zu der an dem Heizelement4 abfallenden Spannung gebildet. Zusätzlich können auch die Verhältnisse der beiden Spannungen an den Spannungsabgriffen6 gebildet werden. Diese werden mit den abgespeicherten vorgegebenen Spannungsabgriffsgrenzwerten verglichen. Wenn einer der aktuellen Spannungsabgriffsgrenzwerte den entsprechend den vorgegebenen Spannungsabgriffswert überschreitet, veranlasst in analoger Weise die Überwachungseinrichtung8 , dass das Relais14 nicht mehr von einem elektrischen Strom durchflossen wird, so dass der Relaisschalter16 öffnet und den Heizwiderstand4 von der Spannungsversorgung trennt. - Damit erlaubt die erfindungsgemäße Heizvorrichtung einen zuverlässigen Schutz des Heizelementes vor Überhitzung.
-
- 2
- Heizvorrichtung
- 4
- Heizelement
- 6
- Spannungsabgriff
- 8
- Spannungseinrichtung
- 10
- Standwiderstand
- 12
- Wandlereinheit
- 14
- Relais
- 16
- Relaisschalter
- 20
- Referenzspannung
- 22
- Anschluss
Claims (11)
- Verfahren zum Schutz eines Heizelementes (
4 ) mit wenigstens einem Spannungsabgriff (6 ) vor Überhitzen, mit den Schritten: – Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, – Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes, – Erfassen des Heizelementswertes und des wenigstens einen Spannungsabgriffswertes, und – Deaktivieren des Heizelementes (4 ), wenn der Heizelementgrenzwert oder der wenigstens ein Spannungsabgriffsgrenzwert überschritten wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Grenzwertermittlung wenigstens ein Widerstandswert herangezogen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Spannungsverhältnis herangezogen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte – Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, und – Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes in einem Initialisierungsschritt erfolgen.
- Heizvorrichtung (
2 ), wenigstens umfassend ein Heizelement (4 ) mit wenigstens einem Spannungsabgriff (6 ) und mit einer Überwachungseinrichtung (8 ) zur Überwachung des Heizelementes (4 ), die derart ausgebildet ist, dass auf ein Überschreiten mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes die Heizvorrichtung (2 ) deaktiviert wird. - Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebener Grenzwert einen Widerstandswert ist.
- Heizvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebener Grenzwert ein Spannungsverhältnis ist.
- Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Strommessmittel zur Erfassung des durch das Heizelement fließenden elektrischen Stromes vorgesehen sind.
- Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebene Grenzwert in einem Initialisierungsschritt ermittelt wird.
- Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (
8 ) einen Speicher aufweist, in dem der mindestens eine vorgegebene Grenzwert abgespeichert werden kann. - Wasserführendes Haushaltsgerät mit einer Heizvorrichtung (
2 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |