Die
Erfindung bezieht sich auf ein schmiegsames Wärmegerät mit einer elektrischen Heizvorrichtung,
die mindestens einen mit einem flexiblen Träger verbundenen flexiblen Heizleiter
und mindestens einen von diesem mittels einer Zwischenisolation
getrennten Sensorleiter zum Überwachen
ihrer Funktion aufweist, mit einer Erfassungsschaltung, die auf
von dem Sensorleiter abgegriffene Sensorsignale anspricht, und mit
einer Steuereinrichtung zum Steuern oder Regeln der von der Heizvorrichtung
erzeugten Temperatur und Auswerten von mittels der Erfassungsschaltung
bereitgestellten Signalen in einer Auswerteeinrichtung, wobei der
mindestens eine Sensorleiter als ein Bauteil in die Erfassungsschaltung
eingebunden ist, das bei Temperaturänderung der Zwischenisolation
eine Signaländerung
hervorruft.The
The invention relates to a pliable heating device with an electric heating device,
the at least one flexible heating conductor connected to a flexible support
and at least one of them by means of an intermediate insulation
separate sensor conductor for monitoring
has its function with a detection circuit on
addressed by the sensor conductor tapped sensor signals, and with
a control device for controlling or regulating the heating device
generated temperature and evaluation by means of the detection circuit
provided signals in an evaluation, wherein the
at least one sensor conductor as a component in the detection circuit
is integrated, the temperature change of the intermediate insulation
a signal change
causes.
Ein
derartiges schmiegsames Wärmegerät ist in
der US 2005/0263518
A1 angegeben. Bei diesem bekannten schmiegsamen Wärmegerät, z. B.
in Form eines Heizkissens oder einer Heizdecke, verläuft in einer
Heizkordel ein zentraler Sensorleiter und ein von diesem mittels
einer Zwischenisolation getrennter, ihn spiralförmig umgebender Heizleiter, der
von einer äußeren Isolation
umgeben ist. Die Zwischenisola tion weist ein Widerstandsverhalten
mit negativem Temperaturkoeffizienten auf, und der zentrale Sensorleiter
ist mit einer Steuerschaltung verbunden, in der eine Phasenverschiebung
des Wechselstroms relativ zu dem Wechselstrom der Versorgungsspannung
erfasst wird, die von der Temperatur der Heizkordel abhängig ist,
so dass auch lokal auftretende Temperaturspitzen (Hot Spots) festgestellt werden
können.
Zum Erzeugen der Phasenverschiebung wird ein Signal zwischen einem
Widerstand und einem zu diesem in Reihe geschalteten Kondensator abgegriffen
und einer Auswerteschaltung zugeführt.Such a flexible heat device is in the US 2005/0263518 A1 specified. In this known pliable warming device, z. B. in the form of a heating pad or a blanket, runs in a heating cord a central sensor conductor and a separate from this by means of an intermediate insulation, surrounding him spirally heating conductor, which is surrounded by an outer insulation. The Zwischenisola tion has a resistance behavior with a negative temperature coefficient, and the central sensor conductor is connected to a control circuit in which a phase shift of the alternating current is detected relative to the alternating current of the supply voltage, which is dependent on the temperature of the heating cord, so that locally occurring Temperature spikes (hot spots) can be detected. To generate the phase shift, a signal is tapped between a resistor and a capacitor connected in series therewith and supplied to an evaluation circuit.
Ein
weiteres schmiegsames Wärmegerät ist in
der WO 03/077397
A1 angegeben. Hierbei ist eine elektrische Heizleiteranordnung
in einem flexiblen Heizkörper
integriert, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Leiter
der Heizleiteranordnung eine Zwischenisolation mit bei ansteigender
Temperatur abnehmender Widerstandscharakteristik (NTC-Verhalten)
angeordnet ist. Eine Ansteuerschaltung ist zum Abgreifen eines von
der Temperatur der Isolation abhängigen
elektrischen Überwachungssignals
an einen auf eine Widerstandsveränderung
der Isolation ansprechenden Abschnitt des Heizkreises gekoppelt
und spricht auf eine Überschreitung
einer Schwelle durch das Überwachungssignal
an, um den Heizstrom durch Ansteuern eines Steuerglieds zu unterbrechen.
Ferner ist ein Sicherheitssystem vorgesehen, das eine Temperatursicherung
beinhaltet, die bei durch die Isolationsschicht fließendem Strom anspricht,
da in diesem Falle eine am Ende zwischen den beiden Heizleitern
liegende Diode überbrückt wird
und somit auch die andere Halbwelle der versorgenden Wechselspannung
zum Aufwärmen
der Temperatursicherung beiträgt.Another pliant warming device is in the WO 03/077397 A1 specified. In this case, an electrical heating conductor arrangement is integrated in a flexible heating element, wherein between a first and a second conductor of the heating conductor arrangement an intermediate insulation with increasing temperature decreasing resistance characteristic (NTC behavior) is arranged. A drive circuit is coupled for tapping a dependent of the temperature of the insulation monitoring electrical signal to a responding to a resistance change of the insulation portion of the heating circuit and is responsive to exceeding a threshold by the monitoring signal to interrupt the heating current by driving a control member. Further, a safety system is provided which includes a temperature fuse which responds to current flowing through the insulation layer, since in this case a lying at the end between the two heat conductors diode is bridged and thus also contributes to the other half wave of the supplying AC voltage for warming the temperature fuse.
In
der DE 102 00 974
C2 ist eine Steuereinrichtung für eine Heizvorrichtung mit
flexiblem Heizkörper
angegeben, bei der die Heiztemperatur über einen Regelkreis auf einem
gewünschten
Wert gehalten wird.In the DE 102 00 974 C2 is a control device for a heater with flexible radiator specified in which the heating temperature is maintained at a desired value via a control loop.
In
der EP 1 491 071 B1 ist
eine weitere Heizvorrichtung mit flexiblem Heizkörper gezeigt, bei der ebenfalls
eine Steuereinrichtung für
die Heiztemperatur vorgesehen ist und außerdem ein zusätzliches ansteuerbares
Steuerglied in Reihe zu einem ersten ansteuerbaren Steuerglied im
Heizkreis liegt.In the EP 1 491 071 B1 a further heating device is shown with flexible radiator, in which also a control device for the heating temperature is provided and also an additional controllable control member is in series with a first controllable control element in the heating circuit.
In
der EP 1 604 548 B1 ist
ein Heizgerät
mit einem schmiegsamen Wärmeteil
gezeigt, bei dem eine Steuervorrichtung für die Temperaturregulierung und
Funktionsüberwachung
mit einer Sollwertbereitstellungsschaltung vorgesehen ist. Die Überwachungsschaltung
weist eine Überwachungseinheit zur Überwachung
des Isolationszustandes der zwischen den beiden Heizleitern befindlichen
Isolation auf.In the EP 1 604 548 B1 For example, there is shown a heater having a pliable heat portion in which a temperature regulation and function monitoring control device is provided with a setpoint supply circuit. The monitoring circuit has a monitoring unit for monitoring the insulation state of the insulation located between the two heating conductors.
Ein
schmiegsames Wärmegerät mit flexiblem
Heizkörper,
bei dem ebenfalls ein Sicherheitssystem mit Temperatursicherung
vorhanden ist, die in Abhängigkeit
des Widerstandes der Zwischenisolation zwischen zwei Heizleitern
arbeitet, ist auch in der EP
0 562 850 A2 gezeigt. Auch hierbei wird eine Netzhalbwelle
zum Heizen verwendet und mit der anderen wird der sich mit der Temperatur ändernde
Widerstand der Zwischenisolation detektiert.A pliant heating device with flexible radiator, in which also a safety system with thermal fuse is present, which operates in dependence on the resistance of the intermediate insulation between two heating conductors, is also in the EP 0 562 850 A2 shown. Here, too, a power half-wave is used for heating and with the other, the temperature-changing resistance of the intermediate insulation is detected.
Die EP 0 910 227 A zeigt
ein schmiegsames Wärmegerät, bei dem
ein Sicherheitssystem auf der Fortpflanzung eines Kurzschlusses
entlang dem Heizleiter basiert, bis genügend Überstrom fließt und eine
Gerätestromsicherung
irreversibel ausgelöst wird.
Das Abschalten des Gerätes
im Fehlerfall kann bei diesem Aufbau viel Zeit beanspruchen.The EP 0 910 227 A shows a pliable heat device, in which a safety system based on the propagation of a short circuit along the heating element, until sufficient overcurrent flows and a device fuse is irreversibly triggered. Switching off the device in the event of a fault can take a long time in this structure.
Die DE 10 2006 006 201
A1 zeigt ein schmiegsames Wärmegerät für den Betrieb mit einem Niedervolt-Energiespeicher,
wobei ebenfalls eine Temperaturregelung sowie eine Sicherheitsüberwachung
unter Nutzung eines NTC-Widerstandsverhaltens der Isolationsschicht
zwischen Heizleitern vorgesehen ist.The DE 10 2006 006 201 A1 shows a pliable heating device for operation with a low-voltage energy storage, which also provides a temperature control and security monitoring using an NTC resistance behavior of the insulating layer between heating conductors is provided.
Bei
den genannten schmiegsamen Wärmegeräten besteht
ein Nachteil darin, dass eine schnelle, nicht leistungserhöhende Sicherheitsabschaltung schwer
erreichbar ist, so dass derartige Systeme z. B. für Anwendungen
mit begrenzten Energiekapazitäten,
wie z. B. beim Betrieb an Schutzkleinspannungen keine befriedigende
Sicherheit bieten. Beispielsweise wird bei bekannten Systemen mit
Ausnutzung der zweiten Halbwelle der versorgenden Wechselspannung
zum Abschalten mindestens eine Zeit von 30 Sekunden und eine Leistungserhöhung um
ca. 10% benötigt.In the case of the aforementioned pliable heating appliances, there is a disadvantage in that a fast, not power-increasing safety shutdown is difficult to achieve, so that such systems z. B. for applications with limited energy capacity, such. B. during operation on Schutzkleinspannun do not provide satisfactory safety. For example, in known systems with utilization of the second half-wave of the supplying AC voltage for switching off at least a time of 30 seconds and a power increase of about 10% is needed.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schmiegsames Wärmegerät der eingangs
genannten Art bereit zu stellen, das eine verbesserte Funktionsüberwachung
bietet und mit dem eine höhere
Sicherheit erreichbar ist.Of the
Invention is based on the object, a supple warming device of the beginning
to provide this type of improved function monitoring
offers and with that a higher one
Security is achievable.
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei
ist vorgesehen, dass die Erfassungsschaltung als bedämpfbarer
steuerbarer Oszillator aufgebaut ist, wobei der Oszillator in Abhängigkeit
der Widerstandsänderung
der Zwischenisolation bei Temperaturänderung unterschiedlich bedampft
ist und am Oszillatorausgang ein von der Temperaturänderung
abhängiges
messbares Signal für
die Auswerteeinrichtung bereit steht, wobei auch ein Durchschmelzen
der Zwischenisolation als Widerstandsänderung erfassbar ist.These
The object is achieved with the features of claim 1. in this connection
is provided that the detection circuit as dampable
controllable oscillator is constructed, the oscillator depending
the resistance change
the intermediate insulation is damped differently when the temperature changes
is and on the oscillator output one of the temperature change
dependent
measurable signal for
the evaluation is ready, with a melt through
the intermediate insulation can be detected as a resistance change.
Mit
der Ausbildung der Erfassungsschaltung als Oszillatorschaltung und
der angegebenen Einbindung des Sensorleiters lässt sich die Funktion der Heizvorrichtung
mit hoher Genauigkeit erkennen und z. B. für eine Sicherheitsabschaltung
bzw. reversible oder irreversible Unterbrechung des Heizstroms nutzen.
Die Erfassungsschaltung spricht schnell und auf geringe Signaländerungen
an, so dass sie insbesondere auch für einen Betrieb eines schmiegsamen Wärmegerätes mit
Kleinspannung oder Gleichspannung bzw. daraus gebildeter Wechselspannung
oder Kombination aus Wechsel- und Gleichspannung vorteilhaft geeignet
ist. Das von der Erfassungsschaltung bereitgestellte Signal enthält dabei
eine aus der Wechselspannungscharakteristik hergeleitete Information.With
the formation of the detection circuit as an oscillator circuit and
The specified integration of the sensor conductor allows the function of the heater
recognize with high accuracy and z. B. for a safety shutdown
or reversible or irreversible interruption of the heating current.
The detection circuit speaks quickly and with little signal changes
so that they are particularly suitable for the operation of a pliable heating device
Low voltage or DC voltage or AC voltage formed therefrom
or combination of AC and DC voltage suitable
is. The signal provided by the detection circuit contains
an information derived from the AC voltage characteristic.
Die
Erfassungsschaltung kann dabei zum Erfassen verschiedener Signaländerungen
unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise ist vorgesehen, dass
die Signaländerung
eine Frequenzänderung,
eine Amplitudenänderung,
eine Phasenänderung,
ein Puls-Pausen-Verhältnis
von Einzeit zu Auszeit oder eine Kombination mindestens zweier dieser Charakteristiken
umfasst.The
Detection circuit can thereby detect various signal changes
be structured differently. For example, it is provided that
the signal change
a frequency change,
an amplitude change,
a phase change,
a pulse-pause ratio
from one-time to one-off or a combination of at least two of these characteristics
includes.
Dabei
kann die Erfassungsschaltung ganz oder teilweise als integrierte
Schaltung (ASIC, FPGA, Microcontroller oder dgl.) aufgebaut sein.
Am Eingang können
ein oder mehrere Signale anliegen, die logisch bzw. porgrammtechnisch
verarbeitet und an einem oder mehreren Ausgängen ausgegeben werden können.there
the detection circuit may be integrated in whole or in part
Circuit (ASIC, FPGA, microcontroller or the like.) To be constructed.
At the entrance can
one or more signals are present, the logical or porgrammtechnisch
processed and output at one or more outputs.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Wärmegerätes besteht darin, dass die
Zwischenisolation ein Dielektrikum bildet, das temperaturabhängiges ohmsches
und/oder kapazitives Widerstandsverhalten aufweist, wobei die Temperaturabhängigkeit
einen negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten besitzt.
Dieser Aufbau ist z. B. günstig
für eine
Lokalisierung von überhitzten
Stellen des Wärmegerätes. Weist
die Zwischenisolation in ihrem temperaturabhängigen Widerstandsverhalten
Frequenzabhängigkeit
auf, lässt
sich auch eine davon abhängige
Signaländerung
auswerten.A
Another advantageous embodiment of the heating device is that the
Intermediate insulation forms a dielectric, the temperature-dependent ohmic
and / or has capacitive resistance behavior, wherein the temperature dependence
has a negative or positive temperature coefficient.
This structure is z. B. low
for one
Localization of overheated
Setting the heater. has
the intermediate insulation in their temperature-dependent resistance behavior
frequency dependence
up, lets
also one of them dependent
signal change
evaluate.
Alternativ
oder zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass der Heizleiter und/oder der Sensorleiter temperaturabhängiges Widerstandsverhalten
aufweist, wobei die Temperaturabhängigkeit einen negativen oder
positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Diese Ausführung ist
insbesondere für
eine Gesamtüberwachung
vorteilhaft.alternative
or additionally
it can be provided that the heating conductor and / or the sensor conductor temperature-dependent resistance behavior
wherein the temperature dependence is a negative or
has positive temperature coefficient. This design is
especially for
a total monitoring
advantageous.
Verschiedene
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, dass die Heizvorrichtung
als Wärme
erzeugendes Heizelement eine Heizkordel mit koaxialer Anordnung
von Heizleiter und Sensorleiter aufweist oder eine Schichtstruktur
von Heizleiter und Sensorleiter mit der zwischengefügten Zwischenisolation
aufweist. Eine solche Schichtstruktur mit Heizleiter, Sensorleiter
und Zwischenisolation kann auch mehrfach vorhanden sein.Various
Further advantageous embodiments are that the heating device
as heat
generating heating element a heating cord with coaxial arrangement
of heating conductor and sensor conductor or a layer structure
of heating conductor and sensor conductor with the interposed intermediate insulation
having. Such a layer structure with heating conductor, sensor conductor
and intermediate insulation can also be present several times.
Eine
detaillierte Aussage zum Zustand des Wärmegerätes wird ferner dadurch erreicht,
dass die Auswerteeinrichtung zum Erfassen einer Widerstandsänderung
der Zwischenisolation und zum Erkennen eines punktuellen Auftretens
einer Übertemperatur
auf der Grundlage dieser Widerstandsänderung ausgebildet ist, wobei
ein Fehlerort aus dem Puls-Pausen-Verhältnis bestimmt wird.A
detailed statement on the condition of the heater is further achieved by
that the evaluation device for detecting a change in resistance
the intermediate isolation and to recognize a punctual occurrence
an overtemperature
is formed on the basis of this resistance change, wherein
a fault location is determined from the pulse-pause ratio.
Zu
einem vorteilhaften Aufbau mit zweckmäßigen Steuerungsmöglichkeiten
tragen des Weiteren die Maßnahmen
bei, dass in einem den mindestens einen Heizleiter enthaltenden
Heizkreis mindestens ein mittels der Steuereinrichtung steuerbarer
Lastschalter zum Steuern oder Regeln der Heizleistung und/oder zum
Abschalten bei Fehlfunktion der Heizvorrichtung angeordnet ist.To
an advantageous structure with appropriate control options
Furthermore, take the measures
in that in a at least one heating conductor containing
Heating circuit at least one controllable by means of the control device
Load switch for controlling or regulating the heating power and / or for
Shutdown is arranged in case of malfunction of the heater.
Eine
für den
mobilen Betrieb vorteilhafte Ausbildung ergibt sich dadurch, dass
als elektrische Energieversorgung eine Gleichspannungsquelle (wie Auto-,
Bootsbatterie oder Akku) oder Wechselspannungsquelle (wie z. B.
der unstabilisierte Ausgang eines Netztrafos oder Schaltnetzteils)
vorgesehen ist.A
for the
mobile operation advantageous training results from the fact that
as electrical power supply a DC voltage source (such as car,
Boat battery or rechargeable battery) or AC source (such as
the unstabilized output of a power transformer or switched-mode power supply)
is provided.
Eine
weitere Ausgestaltung mit günstigen Steuerungsmöglichkeiten
besteht darin, dass zwischen der Gleichspannungsquelle und der Heizvorrichtung
ein DC/AC-Wechselrichter
angeordnet ist, über
den die Heizvorrichtung mit Wechselspannung betrieben wird.Another embodiment with favorable control options is that between the DC voltage source and the heater, a DC / AC inverter is arranged, via which the heating device with AC voltage is operated.
Zu
einer sicheren Funktionsfähigkeit
auf lange Sicht tragen die Maßnahmen
bei, dass eine an den Sensorleiter angelegte Wechselspannung eine um
mindestens den Faktor zwei höhere
oder niedrigere Frequenz besitzt als die an dem Heizleiter liegende
Versorgungsspannung, um durch Spannungsänderung zwischen Sensorleiter
und Heizleiter einen Korrosionsschutz zu erzeugen.To
a safe functioning
In the long run, the measures carry
in that an applied to the sensor conductor AC to a
at least a factor of two higher
or lower frequency than that lying on the heating conductor
Supply voltage to by voltage change between sensor conductor
and heat conductor to produce a corrosion protection.
Die
Steuerungsmöglichkeiten
des Wärmegerätes werden
ferner dadurch begünstigt,
dass die Steuereinrichtung zur Steuerung oder Regelung der Temperatur
einen Stromsensor für
den durch den Heizleiter fließenden
Heizstrom aufweist.The
control options
of the heating device
favors, furthermore,
that the control device for controlling or regulating the temperature
a current sensor for
the one flowing through the heating conductor
Has heating current.
Die
Ausgestaltung kann auch so ausgeführt sein, dass aus einer Erfassungsschaltung
eine einfache oder redundante Sicherheitsschaltung angesprochen
wird.The
Embodiment can also be designed so that from a detection circuit
a simple or redundant safety circuit addressed
becomes.
Erweiterte
Aussagen zum Zustand des Heizgerätes
werden dadurch erreicht, dass die Auswerteeinrichtung so ausgebildet
ist, dass mit ihr auch eine Alterung der Heizvorrichtung aufgrund
alterungsabhängiger
Widerstandswerte und/oder Kapazitätswerte und/oder damit zusammenhängender
Fehlerarten auf der Basis der von der Erfassungsschaltung bereitgestellten
Signale feststellbar ist/sind.Extended
Statements about the condition of the heater
are achieved in that the evaluation designed
is that with it also aging of the heater due
age-dependent
Resistance values and / or capacitance values and / or related thereto
Types of errors based on the detection provided by the detection circuit
Signals is / are detectable.
Für den Nutzer
sind ferner die Merkmale von Vorteil, dass an die Steuereinrichtung
eine von ihr angesteuerte Wartungs-, Diagnose- und/oder Fehleranzeige
angeschlossen ist.For the user
Furthermore, the features of advantage that the control device
one of her controlled maintenance, diagnostic and / or error display
connected.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:The
Invention will now be described with reference to exemplary embodiments with reference
closer to the drawings
explained.
Show it:
1 einen
Aufbau eines schmiegsamen Wärmegerätes mit
wesentlichen Komponenten in Blockdarstellung, 1 a construction of a flexible heat device with essential components in a block diagram,
2 eine
schematische Darstellung eines Heizelementes mit Anschlussanordnung, 2 a schematic representation of a heating element with connection arrangement,
3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Erfassungsschaltung in Form eines Oszillators, 3 a first embodiment of a detection circuit in the form of an oscillator,
4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Erfassungsschaltung in Form eines Oszillators, 4 A second embodiment of a detection circuit in the form of an oscillator,
5 ein
Ausführungsbeispiel
für den
Anschluss einer Erfassungsschaltung an einen Sensorleiter eines
Heizelementes und Anschluss einer Steuereinrichtung, 5 an embodiment for the connection of a detection circuit to a sensor conductor of a heating element and connection of a control device,
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
zum Anschluss einer Erfassungsschaltung an das Heizelement und Anschluss
einer Steuereinrichtung und 6 a further embodiment for connecting a detection circuit to the heating element and connection of a control device and
7 eine
detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wärmegerätes mit
Steuereinrichtung und Erfassungsschaltung. 7 a more detailed representation of an embodiment of a heating device with control device and detection circuit.
1 zeigt
in einer Blockdarstellung den Anschluss eines Heizelementes 10 mit
Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 sowie Zwischenisolation 13 an
eine Erfassungsschaltung 20 für den Zustand bzw. die Funktion
des schmiegsamen Wärmegerätes sowie an
eine Steuereinrichtung 30. Das Heizelement 10, beispielsweise
eine Heizkordel mit koaxial angeordnetem Innenleiter und davon mittels
der Zwischenisolation 13 elektrisch isoliertem Außenleiter,
wobei der Innenleiter oder der Außenleiter als Heizleiter 11 bzw.
Sensorleiter 12 fungieren können, ist auf einem flexiblen
Träger,
wie z. B. einer Decke oder einem Kissen oder einem Bezug aufgenommen
bzw. in diesen integriert. Alternativ kann das Heizelement mit dem
Heizleiter 11 und dem Sensorleiter 12 sowie der Zwischenisolation 13 auch
flächig
in Schichten ausgeführt
sein. Der Sensorleiter 12 ist an die Erfassungsschaltung 20 angeschlossen
und kann zudem mit der Steuereinrichtung 30 in Verbindung
stehen, während
die Steuereinrichtung 30 auch für die Steuerung der Heizleistung über mindestens
einen in einem Heizkreis liegenden Lastschalter 40 und
gegebenenfalls weiteren Lastschalter 41 dient, wobei der Strom
durch den Heizleiter 11 durch Öffnen des Lastschalters 40 bzw.
des weiteren Lastschalters 41 unterbrochen und durch Schließen eingeschaltet
werden kann. Der weitere Lastschalter 41 stellt ein redundantes
Bauteil dar und liegt z. B. über
eine redundante Schutzeinrichtung 42 an der Steuereinrichtung 30.
Die gegebenenfalls vorhandene, redundante Schutzeinrichtung 42 ist
auch mit der Erfassungsschaltung 20 verbunden. Zum Abgriff
des Heizstroms kann für
Steuerungs- oder
Regelungszwecke in dem Heizkreis ferner ein Stormsensor 44 angeordnet sein.
Zur Versorgung des Heizelementes 10 ist eine Spannungsversorgung 50,
die beispielsweise als Gleichspannungsversorgung ausgebildet ist,
vorhanden. Zusätzlich
kann eine Akku-Einheit 51 zur Versorgung vorgesehen sein,
wobei die Versorgung über
eine Verwaltungseinrichtung 52 geeignet gesteuert werden
kann. Soll das Heizelement 10 bzw. der darin vorhandene
Heizleiter 11 nicht unmittelbar mittels der Gleichspannung
versorgt werden, ist zwischen einem oder beiden Anschlüssen des
Heizelementes 10 und der Spannungsversorgung ein DC/AC-Wechselrichter 43 bzw. 53 angeordnet.
Ferner ist an die Steuereinrichtung 30 eine Bedien-/Anzeigeeinheit 35 angeschlossen,
um den Benutzer oder Wartungspersonal über den Zustand des Wärmegerätes zu informieren. 1 shows in a block diagram the connection of a heating element 10 with heating conductor 11 and sensor conductor 12 as well as intermediate insulation 13 to a detection circuit 20 for the state or function of the flexible heat device and to a control device 30 , The heating element 10 For example, a heating cord with coaxially arranged inner conductor and thereof by means of the intermediate insulation 13 electrically insulated outer conductor, wherein the inner conductor or the outer conductor as a heating conductor 11 or sensor conductor 12 is on a flexible support, such as. B. a blanket or a pillow or a cover or integrated into this. Alternatively, the heating element with the heating conductor 11 and the sensor conductor 12 as well as the intermediate insulation 13 also be executed flat in layers. The sensor conductor 12 is to the detection circuit 20 connected and also with the control device 30 communicate while the controller 30 also for controlling the heating power via at least one load switch located in a heating circuit 40 and optionally further load switch 41 serves, with the current through the heating conductor 11 by opening the circuit breaker 40 or the other load switch 41 interrupted and can be switched on by closing. The further load switch 41 represents a redundant component and is z. B. via a redundant protective device 42 at the control device 30 , The possibly existing, redundant protective device 42 is also with the detection circuit 20 connected. For tapping the heating current, a control sensor may also be included in the heating circuit for control purposes 44 be arranged. To supply the heating element 10 is a power supply 50 , which is designed for example as a DC power supply available. In addition, a battery unit 51 be provided for supply, the supply via a management facility 52 can be suitably controlled. Should the heating element 10 or the heating conductor present therein 11 are not directly supplied by the DC voltage is between one or both terminals of the heating element 10 and the power supply a DC / AC inverter 43 respectively. 53 arranged. Further, to the controller 30 an operating / display unit 35 connected to inform the user or maintenance personnel about the condition of the heater.
Ein
Ausgestaltungsbeispiel besteht dabei darin, dass während der
Heiz-/Sensormessperioden der
oder die Sensorleiter 12 parallel, in Reihe oder mit einseitiger
Verbindung mit gleicher oder entgegen gesetzter Polung bezüglich des
Heizleiters 11 geschaltet wird, werden. Ein Vorteil der
Parallelschaltung ist eine niedrige Gesamtheizleiterimpedanz (woraus
sich eine Materialeinsparung ergibt). Ein Vorteil der Reihenschaltung
ist eine Spannungsdifferenz zwischen Heiz- und Sensorleiter mit
Ableitung eines NTC-/PTC-Temperatursignals für die Erfassungsschaltung oder
Polarisierung der NTC- bzw. PTC-Zwischenisolation z. B. für einen
Korrosionsschutz der Leiter-/Sensoroberflächen.An exemplary embodiment consists in the fact that during the heating / sensor measuring periods of the sensor or the sensor 12 parallel, in series or with unilateral connection with the same or opposite polarity with respect to the heating conductor 11 will be switched. An advantage of the parallel connection is a low total heater impedance (resulting in material savings). An advantage of the series connection is a voltage difference between the heating and sensor conductors with the derivation of an NTC / PTC temperature signal for the detection circuit or polarization of the NTC or PTC intermediate insulation z. B. for corrosion protection of the conductor / sensor surfaces.
2 zeigt
eine schematische Darstellung des Heizelementes 10 mit
Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 sowie der Zwischenisolation 13.
Der Sensorleiter 12 ist über einen oder zwei Anschlüsse A1 an die
Erfassungsschaltung 20 angeschlossen, wobei der Sensorleiter 12 einen
Temperatursensor TS bildet. Zwischen den beiden Anschlüssen kann
auch eine Verbindung hergestellt sein, wie die gestrichelte Linie
zeigt. Zur Steuerung des Heizelementes ist dieses über Anschlüsse A2 an
die Steuereinrichtung 30 bzw. den oder die Lastschalter 40, 41 angeschlossen. 2 shows a schematic representation of the heating element 10 with heating conductor 11 and sensor conductor 12 as well as the intermediate insulation 13 , The sensor conductor 12 is via one or two terminals A1 to the detection circuit 20 connected, the sensor conductor 12 forms a temperature sensor TS. A connection can also be established between the two connections, as shown by the dashed line. For controlling the heating element this is via connections A2 to the control device 30 or the load switch or switches 40 . 41 connected.
3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfassungsschaltung 20, ausgebildet als Oszillator. Der
Temperatursensor TS nach 2 (ausgefülltes Quadrat) kann an verschiedenen
Stellen der Oszillatorschaltung angeordnet sein. Die Oszillatorschaltung
weist zwei Verstärkerschaltkreise 21, 22 in Form
hintereinander geschalteter Operationsverstärker auf, wobei am Ausgang
des Operationsverstärkers 22 ein
Signal über
einen Ausgang A3 zur Weiterleitung an die Steuereinrichtung 30 bzw.
an eine in dieser vorhandene Auswerteeinrichtung bereitgestellt
wird. Dabei wird das bereit gestellte Signal über einen Kondensator C1 ausgekoppelt.
Der Ausgang des zweiten Verstärkerschaltkreises 22 ist über Widerstände RX1,
R1 auf den Eingang des ersten Verstärkerschaltkreises 21 rückgekoppelt,
wobei zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkerschaltkreises 21 und
dem Eingang des zweiten Verstärkerschaltkreises 22 eine
Verbindung zur Rückkopplung über einen
Kondensator CX1 hergestellt ist. 3 shows a first embodiment of the detection circuit 20 , designed as an oscillator. The temperature sensor TS after 2 (filled square) may be arranged at different locations of the oscillator circuit. The oscillator circuit has two amplifier circuits 21 . 22 in the form of successively connected operational amplifier, wherein at the output of the operational amplifier 22 a signal via an output A3 for forwarding to the control device 30 or is provided to an existing in this evaluation. In this case, the signal provided is coupled out via a capacitor C1. The output of the second amplifier circuit 22 is via resistors RX1, R1 to the input of the first amplifier circuit 21 fed back, wherein between the output of the first amplifier circuit 21 and the input of the second amplifier circuit 22 a connection to the feedback via a capacitor CX1 is made.
4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfassungsschaltung 20 in Form eines Oszillators mit einem
Schmitt-Trigger 23, wobei der Rückkopplungszweig verschieden
ausgebildet sein kann und verschiedene Rückkopplungszweige über Anschlüsse X1,
X2 angeschlossen werden können.
In einem ersten Ausführungsbeispiel
liegt im Rückkopplungszweig
lediglich ein Widerstand RX2, während bei
dem anderen Ausführungsbeispiel
eine Parallelschaltung aus Widerstandsanordnung mit in einer Richtung
gepolter Diode RX3/RX4/D1 und Widerstandsanordnung mit in entgegen
gesetzter Richtung gepolter Diode RX5/RX6/D2 vorhanden ist. Der
Eingang des Schmitt-Triggers 23 liegt außerdem über einen
Kondensator CX2 an Masse, während
das Ausgangssignal über
einen Kondensator C2 an einem Ausgangsanschluss A3 abgenommen wird.
Der Temperatursensor TS kann wiederum unterschiedlich angeordnet
sein. 4 shows another embodiment of the detection circuit 20 in the form of an oscillator with a Schmitt trigger 23 , wherein the feedback branch may be formed differently and different feedback branches can be connected via terminals X1, X2. In a first exemplary embodiment, only one resistor RX2 is present in the feedback branch, while in the other exemplary embodiment a parallel circuit of resistor arrangement with diode RX3 / RX4 / D1 polarized in one direction and resistor arrangement with diode RX5 / RX6 / D2 polarized in the opposite direction are present. The entrance of the Schmitt trigger 23 is also connected through a capacitor CX2 to ground, while the output signal is removed via a capacitor C2 at an output terminal A3. The temperature sensor TS can in turn be arranged differently.
5 zeigt
ein Beispiel für
einen Anschluss des Heizelementes 10 an die Steuereinrichtung 30 und
die Erfassungsschaltung 20, wobei die Erfassungsschaltung
als Oszillator mit Schmitt-Trigger 23 ausgebildet ist.
Der Sensorleiter 12 liegt am Eingang des Oszillators, während der
Heizleiter 10 an der Spannungsversorgung 50 über steuerbare
Schalter S1 bzw. S2 liegt, die mittels der Steuereinrichtung 30 in
Form einer Auswerte-/Regel-/Steuereinheit entsprechend der gewünschten
Heizleistung ansteuerbar sind. Das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 20 liegt
ebenfalls an der Steuereinrichtung 30. Das Ausführungsbeispiel
nach 5 arbeitet vorwiegend mit kapazitiver Sensorsignaländerung. 5 shows an example of a connection of the heating element 10 to the controller 30 and the detection circuit 20 , wherein the detection circuit as an oscillator with Schmitt trigger 23 is trained. The sensor conductor 12 is located at the input of the oscillator, while the heating conductor 10 at the power supply 50 via controllable switches S1 and S2, by means of the control device 30 in the form of an evaluation / control / control unit according to the desired heating power can be controlled. The output signal of the detection circuit 20 is also at the controller 30 , The embodiment according to 5 works mainly with capacitive sensor signal change.
Ähnlich wie
bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 ist
auch bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
das Heizelement 10 an die Erfassungsschaltung 20 und
die Steuereinrichtung 30 sowie die Spannungsversorgung 50 angeschlossen. Hierbei
ist zudem der Ausgang der Oszillatorschaltung mit dem Heizkreis über einen
Widerstand R1 verbunden. Die Ausführung nach 6 arbeitet
vorwiegend mit resistiver Signaländerung.Similar to the embodiment according to 5 is also at the in 6 embodiment shown, the heating element 10 to the detection circuit 20 and the controller 30 as well as the power supply 50 connected. In this case, moreover, the output of the oscillator circuit is connected to the heating circuit via a resistor R1. The execution after 6 works mainly with resistive signal change.
7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des schmiegsamen Wärmegerätes z. B.
in Form einer Autoheizdecke, die mittels einer 12 V-Versorgungsspannung
betrieben wird. Auch hierbei ist das Heizelement 10 mit
dem Heizleiter 11 an die Steuereinrichtung 30 über die
steuerbaren Schalter S1, S2 angeschlossen, während der Sensorleiter 12 an
der Erfassungsschaltung 20 in Form des Oszillators liegt. 7 shows an embodiment of the flexible heat device z. B. in the form of a car heating blanket, which is operated by means of a 12 V supply voltage. Again, the heating element 10 with the heating conductor 11 to the controller 30 connected via the controllable switches S1, S2, while the sensor conductor 12 at the detection circuit 20 in the form of the oscillator.
Nachfolgend
werden nähere
Ausführungen zum
Aufbau und zur Wirkungsweise des schmiegsamen Wärmegerätes gemacht. Eine wesentliche
Systemkomponente ist die das Sensorsignal aufnehmende Erfassungsschaltung 20,
insbesondere in Form einer Oszillatorschaltung, nachfolgend kurz
als Oszillator bezeichnet, die mit der Heizkörper-Sensorik zur Funktionsüberwachung
und Betriebssicherheit zusammenwirkt. Die Heizkörper-Sensorik mit dem Sensorleiter 12 ist
mit dem Heizelement 10 flächig oder z. B. mäanderförmig auf
einem flexiblen Träger angeordnet
und wirkt über
die gesamte Länge
des Heizelementes 10 bzw. der Heizfläche und ist zur Detektion von
Stellen übermäßiger Wärmeentwicklung (Hot-Spot-Temperaturen)
und/oder über
die Länge bzw.
Fläche
integrierte Temperaturmessung ausgebildet. Zur Aufnahme des von
der Oszillatorschaltung bereitgestellten Signals ist an diese eine
Auswerteeinrichtung mit einer oder mehreren (gegebenenfalls redundanten)
Auswerteschaltungen angeschlossen, die beispielsweise einen Teil
der Steuereinrichtung 30 bildet bzw. mit dieser zusammen
arbeitet, so dass die Heizung und/oder andere Lasten in Sekunden oder
Sekundenbruchteilen geregelt, gesteuert oder abgeschaltet wird/werden.Below, further details are made to the structure and operation of the flexible heat device. An essential system component is the detection signal receiving the sensor signal 20 , in particular in the form of an oscillator circuit, hereinafter referred to briefly as an oscillator, which cooperates with the radiator sensor system for function monitoring and operational safety. The radiator sensor with the sensor conductor 12 is with the heating element 10 flat or z. B. arranged meandering on a flexible support and acts over the entire length of the heating element 10 or the heating surface and is designed to detect points of excessive heat generation (hot-spot temperatures) and / or over the length or surface integrated temperature measurement. For receiving the signal provided by the oscillator circuit, an evaluation device with one or more (possibly redundant) evaluation circuits is connected to the latter, for example, a part of the control device 30 forms or cooperates with this, so that the heating and / or other loads in seconds or fractions of a second regulated, controlled or turned off / are.
Für die Hot-Spot-Temperaturerkennung
an dem Heizkörper
mit dem Heizelement 10 gibt es im Wesentlichen zwei Ausführungen,
nämlich
zum einen ein reversibles System, das aufgrund eines NTC-/ oder
PTC-Zwischenisolationssensors einen Geräteausfall verhindert, und zum
anderen ein nicht reversibles System, das auf Basis des Durchschmelzens
der Zwischenisolation 13 zwischen zwei oder auch mehr Leitern
arbeitet und zum vollständigen Ausfall
der Heizvorrichtung bzw. des Wärmegerätes führt.For hot spot temperature detection on the radiator with the heating element 10 There are essentially two versions, namely, on the one hand, a reversible system, which prevents device failure due to an NTC or PTC intermediate insulation sensor, and, on the other hand, a non-reversible system based on the melting of the intermediate insulation 13 works between two or more conductors and leads to complete failure of the heater or the heater.
Darüber hinaus
können
weitere Sensoren für die
Betriebssicherheit vorgesehen sein, deren Sensor-Ausgangssignale
von der Erfassungsschaltung 20 aufgenommen werden, wie
z. B. im Zusammenhang mit einer Motor-Überhitzungseinrichtung einer Massagematte
oder dgl.In addition, further sensors for operational safety can be provided, whose sensor output signals from the detection circuit 20 be recorded, such. B. in connection with a motor overheating device of a massage mat or the like.
Insbesondere
bei speziellen Geräten
für den Außenbereich,
wie z. B. Akku-Heizkissen,
können insbesondere
durch Polarisierung oder andere nachteilige dielektrische Einflüsse ungünstige Betriebsbedingungen
auftreten. Die negativen Eigenschaften können vor allem bei Gleichspannungs-Versorgungen
und/oder asymmetrisch belasteten Energiequellen z. B. an dem NTC-/
oder PTC-Sensorsystem die Funktion beeinträchtigen. Derartige negative
Einflüsse
werden bei vorliegendem Wärmegerät z. B.
durch das Vorschalten eines Wechselrichters 43, 53 zumindest
weitgehend vermieden.Especially with special devices for outdoor use, such. As battery heating pad, unfavorable operating conditions can occur in particular by polarization or other adverse dielectric influences. The negative properties can be especially for DC power supplies and / or asymmetrically loaded power sources z. B. at the NTC or PTC sensor system affect the function. Such negative influences are present in the present heater z. B. by the upstream of an inverter 43 . 53 at least largely avoided.
Als
vorteilhafte, gegebenenfalls durch optionale Maßnahmen erreichte Eigenschaften
der Erfindung sind des Weiteren zu nennen:
- a)
Betrieb an einer DC-Schutzkleinspannung ohne zusätzliche Hilfsspannung(en),
- b) vereinfachte Schaltungsredundanz durch eine nur einmal vorhandene
Oszillatorschaltung für
ein dynamisches, frequenzbehaftetes Sensorsignal,
- c) Schaltungsredundanz bei einmaligem Sensorbruch durch Doppelkontaktierung
mittels 4-poligem oder 3-poligem Festanschluss oder einer entsprechend
viel-poligen Steckkupplung,
- d) Erkennung eines Sensorausfalls, z. B. einer Unterbrechung
einer Sensorleitung,
- e) Erkennung eines Kurzschlusses in der Anschlussleitung des
Heizkörpers
bzw. Heizelementes 10,
- f) Schutz vor Funkenbildung und Brandgefahr bei Heizleiterbruch
und hohen Strömen,
- g) Schutz bei Bruch stromführender
Geräteleitungen,
- h) einfache punktuelle Lokalisierung von Stellen erhöhter Temperatur
(Hot-Spot-Temperaturerkennung)
z. B. mit Anzeige des kritischen Bereichs,
- i) Lokalisierung einer Sensor-Alterung bzw. eines Sensor-Alterungsbereichs
mit einer Anzeige mangelnder Betriebssicherheit,
- j) Kalibrierung des Temperatursensors (z. B. Dämpfung der
Oszillatorfrequenz) durch einmalige oder stetige Anpassung,
- k) erhöhte
Schaltungsintegration bei Nutzung handelsüblicher Oszillatorbausteine
mit analogem oder digitalem Aufbau zum Bilden eines bedämpfbaren
Oszillators,
- l) Erkennung eines Ausfalls der Erfassungsschaltung 20 bzw.
des Oszillators,
- m) Hinzufügung
weiterer Sensoren im Sicherheitssystem, insbesondere der Erfassungsschaltung 20 bzw.
dem Oszillator,
- n) Nutzung des NTC-Sensorsignals alternativ als Temperatursignal
für eine
Temperaturregelung (z. B. auf Basis einer Oszillatorfrequenz) und
optional ergänzend
eines Hot-Spot-Sensorsignals.
As advantageous, optionally achieved by optional measures properties of the invention are further to call: - a) Operation at a DC safety extra-low voltage without additional auxiliary voltage (s),
- b) simplified circuit redundancy by a single oscillator circuit for a dynamic, frequency-sensitive sensor signal,
- c) circuit redundancy with a single sensor break by double contacting by means of a 4-pole or 3-pole permanent connection or a corresponding multi-pole plug-in coupling,
- d) detection of a sensor failure, z. B. an interruption of a sensor line,
- e) detection of a short circuit in the connecting line of the radiator or heating element 10 .
- f) protection against sparking and fire hazard in case of heat conductor breakage and high currents,
- g) protection against breakage of live equipment lines,
- h) simple point localization of high temperature points (hot spot temperature detection) z. With critical area indication,
- i) localization of a sensor aging or a sensor aging area with an indication of lack of operational reliability,
- j) calibration of the temperature sensor (eg damping of the oscillator frequency) by one-time or continuous adjustment,
- k) increased circuit integration when using commercially available oscillator components with analog or digital structure for forming a dampable oscillator,
- l) detection of a failure of the detection circuit 20 or the oscillator,
- m) Addition of additional sensors in the security system, in particular the detection circuit 20 or the oscillator,
- n) Use of the NTC sensor signal alternatively as a temperature signal for a temperature control (eg based on an oscillator frequency) and optionally in addition to a hot spot sensor signal.
Ferner
sind Funktionen wie Abschaltung durch Zeitgeber, Programmsteuerungen
für die
Heizung (z. B. schnelles Anheizen durch Boost-Betrieb und dgl.),
analoge bzw. digitale Bedien- und Anzeigeeinheit und/oder Massagefunktionen
denkbar. Auch diese Funktionen und zusätzlichen Maßnahmen können mit der Steuereinrichtung 30 verknüpft werden, die
auch als Sicherheits- oder Regeleinrichtung sowie Auswerteeinrichtung
für weitere
Signale ausgebildet sein kann.Furthermore, functions such as shutdown by timer, program controls for the heating (eg rapid heating by boost operation and the like), analog or digital control and display unit and / or massage functions are conceivable. These functions and additional measures can also be used with the control device 30 can be linked, which can also be designed as a safety or control device and evaluation for further signals.
Die
Erfassungsschaltung 20 kann als steuerbarer Oszillator,
Multivibrator, Integrator, Resonator, Phasenschieberanordnung mit
mehreren Phasenschiebern im Ringmode oder dgl. ausgeführt sein.The detection circuit 20 can be designed as a controllable oscillator, multivibrator, integrator, resonator, phase shifter arrangement with a plurality of phase shifters in ring mode or the like.
Im
Normalfall erzeugt die z. B. in den 3 oder 4 gezeigte
Erfassungsschaltung 20 in Form eines bedämpfbaren
Oszillators ein dynamisches Ausgangssignal, das z. B. kapazitiv
entkoppelt und einer Spitzenwertgleichrichtung (in der Auswerteschaltung)
unterzogen wird, um ein gültiges
Heizsignal festzustellen. Im Temperaturregel-/Steuerfall oder bei Auftreten einer
Hot-Spot-Temperatur wird in Folge der Widerstands- und/oder Kapazitätsänderung
in Abhängigkeit
von dem NTC- bzw. PTC-Verhalten
der Oszillator durch das statische Signal entsprechend stark beeinflusst,
so dass sich z. B. die Frequenz oder die Ein-Auszeiten des Signals
in ihrer Periodendauer und/oder in ihrem Verhältnis ändern, bis in einem Kurzschlussfall
(bei schmelzender Zwischenisolation) nur noch ein statisches Ausgangssignal
am Ausgang des Oszillators vorliegt. Dies führt über die Auswerteeinrichtung
zu einer (z. B. redundanten) Unterbrechung des Heizstromes. In 1 sind
redundante Schaltungsblöcke
mit Strichpunkt-Linien dargestellt. Beispielsweise arbeitet die
Temperatursteuerung bzw. Temperaturregelung und/oder das Sicherheitssystem
mit einem reversiblen Überhitzungsschutz.
Bei einem System mit schmelzender Zwischenisolation ist der Heizkörper im
Kurzschlussfall zwischen Heiz- und Sensorleiter irreversibel zerstört. In diesem
Fall gibt es in der Regel am Oszillator nur die zwei Zustände Oszillatorfrequenz
vorhanden oder nicht vorhanden.Normally, the z. Tie 3 or 4 shown detection circuit 20 in the form of a dampable oscillator, a dynamic output signal z. B. capacitive decoupled and a peak value rectification (in the evaluation circuit) is subjected to determine a valid heating signal. In Temperaturregel- / control case or when a hot spot temperature occurs as a result of the resistance and / or capacitance change as a function of the NTC or PTC behavior of the oscillator is influenced by the static signal accordingly strong, so that z. B. change the frequency or the on-off times of the signal in their period and / or in their ratio until in a short circuit case (with melting intermediate isolation) is present only a static output signal at the output of the oscillator. This leads via the evaluation device to a (eg redundant) interruption of the heating current. In 1 Redundant circuit blocks are shown with dash-dot lines. For example, the temperature control or temperature control and / or the Si safety system with reversible overheating protection. In a system with melting intermediate insulation, the radiator is irreversibly destroyed in the event of a short circuit between the heating and sensor conductors. In this case, there are usually only two states on the oscillator oscillator frequency present or absent.
Diese
Art der Temperatursteuerschaltung bzw. Temperaturregelschaltung
und/oder Sicherheitsschaltung ist aufgrund der (nahezu) leistungslosen
schnellen Abschaltung des Heizelementes 10 sehr vorteilhaft,
da die Energiequelle, wie z. B. die Akku-Einheit 51, zu praktisch 100%
für den
Heizbetrieb nutzbar ist. Da in Folge Unipolarisation der DC-Betriebsspannung
oder bei extremen Umgebungsbedingungen Korrosionserscheinungen auftreten
können,
die zur Beeinträchtigung
der Kontaktübergänge in den
Leitern des Heizelementes und der Sensorsignale führen können, sind
Maßnahmen
vorgesehen, die derartige negative Einflüsse unterbinden. Dazu wird
der Sensorleiter 12 spannungsmäßig in Folge der Ankopplung
an den Oszillator stetig gegenüber
der (fast) festen DC-Spannung des Heizleiters 11 umgeschaltet
oder es wird optional am Versorgungseingang, beispielsweise auch
nur im hochstromigen Lastbereich, eine Wechselrichterschaltung (insbesondere
getaktete Halb-/Vollbrückenschaltung oder
dgl.) angeordnet. Die Wechselrichterfrequenz wird dabei so gewählt, dass
sie mindestens um den Faktor 2 niedriger oder höher ist als die des bedämpfbaren
Oszillators. Dadurch ist es möglich,
in der Auswerteeinrichtung durch eine einfache oder komplexe Frequenzfilterung
(z. B. mit Band-/Hoch-/Tiefpass digitale Filterung, wie z. B. FIR-,
IIR-Filter oder dgl. oder Kombinationen daraus) das Sensorsignal
bzw. Sicherheitssignal zu extrahieren. Hierfür können passive oder aktive Filter
verwendet werden.This type of temperature control circuit or temperature control circuit and / or safety circuit is due to the (almost) powerless rapid shutdown of the heating element 10 very advantageous because the energy source, such. B. the battery unit 51 , almost 100% usable for heating operation. As a result of unipolarization of the DC operating voltage or under extreme environmental conditions, corrosion phenomena may occur which can lead to impairment of the contact transitions in the conductors of the heating element and the sensor signals, measures are provided which prevent such negative influences. For this purpose, the sensor conductor 12 in terms of voltage due to the coupling to the oscillator steadily against the (almost) fixed DC voltage of the heating conductor 11 switched or it is optional at the supply input, for example, only in the high-current load range, an inverter circuit (in particular clocked half / full bridge circuit or the like.) Arranged. The inverter frequency is chosen so that it is at least by a factor of 2 lower or higher than that of the attenuatable oscillator. This makes it possible in the evaluation device by a simple or complex frequency filtering (eg, with band / high / low pass digital filtering, such as FIR, IIR filters or the like., Or combinations thereof), the sensor signal or safety signal to extract. For this purpose, passive or active filters can be used.
Beispielsweise
beinhaltet das Wärmegerät gemäß dem in 7 gezeigten
Stromlaufplan einer Autoheizdecke bereits bei einer DC-Versorgungsspannung
einen vereinfachten Korrosionsschutz für den Heizleiter 11 und/oder
Sensorleiter 12. In Folge des Hystere-Schaltpegels des
bedämpfbaren
Oszillators wird das Spannungssignal am Sensorleiter 12 stetig
gegenüber
der Spannung am Heizleiter verändert,
es sei denn, es liegt eine zu starke Bedämpfung des Oszillators bzw.
ein Kurzschluss zwischen dem Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 vor.
Die Verhinderung der Korrosionsbildung an den Oberflächen des Heiz-
und Sensorleiters 11, 12 hat den Vorteil, dass der
NTC-Hot-Spot-Sensor seine Kennwerte über eine lange Alterungszeit
(Gerätelebensdauer)
relativ konstant beibehält.
Wie bei Versuchen festgestellt wurde, wirkt der NTC-Hot-Spot-Sensor
bei Wechselspannungsbetrieb wie ein temperaturabhängiger exponentieller
dielektrischer Widerstand mit hohem kapazitivem Anteil und bei Gleichspannungsbetrieb eher
wie ein nichtlinearer ohmscher Widerstand. Dabei sind die Sensorsignale
im Wechselspannungsbetrieb ausgeprägter und langzeitstabiler.
Zu beachten ist allerdings, dass bei Wechselspannungs- bzw. Wechselstrombetrieb
eine Frequenz größer ca.
1 Hz gewählt
wird, da ansonsten Korrosion kaum verhindert werden kann.For example, the heating device according to the in 7 shown circuit diagram of a Autoheizdecke already at a DC supply voltage a simplified corrosion protection for the heating element 11 and / or sensor conductor 12 , As a result of the hysteresis switching level of the attenuatable oscillator, the voltage signal at the sensor conductor 12 changed constantly compared to the voltage at the heating element, unless there is too much damping of the oscillator or a short circuit between the heating element 11 and sensor conductor 12 in front. The prevention of corrosion on the surfaces of the heating and sensor conductor 11 . 12 has the advantage that the NTC hot spot sensor keeps its characteristics relatively constant over a long aging time (device life). As found in experiments, the NTC hot-spot sensor operates as a high-capacitance, temperature-responsive, exponential dielectric resistor in AC mode and more like a non-linear ohmic resistor in DC mode. The sensor signals in AC operation are more pronounced and long-term stable. It should be noted, however, that in AC or AC operation, a frequency greater than about 1 Hz is selected, otherwise corrosion can hardly be prevented.
Als
Ausführungsbeispiel
für ein
Heizelement 10 sei ein Heizelement mit koaxial zueinander
angeordnetem Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 genannt, zwischen
denen die Zwischenisolation 13 angeordnet ist, wobei auf
dem äußeren der
beiden Leiter eine Außenisolation
aufgebracht ist. Bei einer derartigen koaxialen Ausführung können unterschiedliche
Verlegearten zur Anwendung kommen, wie die bereits genannte mäanderförmige Verlegung
und/oder eine Verlegung mit paralleler Zu- und Rückführung. Eine derartige Verlegung
hat z. B. den Vorteil, dass sich bei unsachgemäßem Gebrauch und dabei entstehender
Faltenbildung mit übereinander
gelagerten Abschnitten von Heiz- und Sensorleiter Sensorsignale
bzw. Kurzschlusssignale ergeben, die sich leistungsreduzierend auf
die Heizfläche
und den Benutzer auswirken, wodurch die Gefahr einer zu starken Erwärmung herabgesetzt
wird. Verschiedene Ausbildungen bestehen dabei darin, dass der Heizleiter 11 und/oder
der Sensorleiter 12 wiederum aus einem oder aber aus mehreren Leitern
zusammengesetzt sind. Bei einer weiteren Ausgestaltung können auch mehrere
Zwischenisolationen oder weitere Sensorleiter vorgesehen sein. Auch
ist es denkbar, verschiedene Aufbauten in einem Heizkörper zusammenzuschalten
und zu betreiben. Der oder die Heizleiter 11 und/oder Sensorleiter 12 weisen
optional einen NTC- oder PTC-Widerstandsverlauf auf. Damit können integrierende
Flächentemperatursensoren
gebildet werden, die in der Regel lineare Signale abgeben. Solche
Leiterwiderstandswerte lassen sich relativ einfach und mit hoher
Genauigkeit herstellen. Diese können
z. B. für
eine Temperaturregelfunktion bzw. Temperatursteuerfunktion für eine Stromsensorik
gegebenenfalls mit Shunt genutzt werden.As an exemplary embodiment of a heating element 10 Let a heating element with coaxially arranged heating conductor 11 and sensor conductor 12 between which the intermediate insulation 13 is arranged, wherein on the outer of the two conductors an outer insulation is applied. In such a coaxial design different types of laying can be used, such as the already mentioned meandering laying and / or laying with parallel feed and return. Such a transfer has z. B. the advantage that result in improper use and resulting wrinkling with superimposed portions of heating and sensor sensor sensor signals or short-circuit signals, which have a performance-reducing effect on the heating surface and the user, whereby the risk of excessive heating is reduced. Different training consist in the fact that the heating conductor 11 and / or the sensor conductor 12 are in turn composed of one or more conductors. In a further embodiment, it is also possible to provide a plurality of intermediate insulations or further sensor conductors. It is also conceivable to interconnect various structures in a radiator and operate. The heating conductor (s) 11 and / or sensor conductor 12 Optionally have an NTC or PTC resistance characteristic. As a result, integrating surface temperature sensors can be formed, which as a rule emit linear signals. Such conductor resistance values can be produced relatively easily and with high accuracy. These can be z. B. be used for a temperature control function or temperature control function for a current sensor optionally with shunt.
Als
schmelzende Zwischenisolation kommt ein schmelzender Bereich von
ca. 100°C
bis 200°C
in Betracht, wobei im einfachsten Fall keine NTC-/ bzw. PTC-Hot-Spot-Sensorik vorgesehen
ist. Ein derartiges irreversibles Sicherheitssystem basiert darauf, dass
in Folge von Hot-Spot-Temperaturen die Zwischenisolation schmilzt
und eine elektrische Verbindung zwischen Sensorleiter und Heizleiter
entsteht, welche zur Bedämpfung
des nachgeschalteten Oszillators führt und über die anschließende Auswerteschaltung
eine Sicherheitsabschaltung bewirkt. Der Schmelztemperaturbereich
wird vorwiegend durch das eingesetzte Isolationsmaterial bestimmt,
wie beispielsweise Polyethylen, (niederschmelzendes) PVC, Polyamid
usw.When
melting intermediate insulation comes a melting range of
about 100 ° C
up to 200 ° C
In the simplest case, no NTC or PTC hot spot sensor technology is provided
is. Such an irreversible security system is based on that
as a result of hot-spot temperatures, the intermediate insulation melts
and an electrical connection between the sensor conductor and the heating conductor
arises, which for damping
the downstream oscillator leads and the subsequent evaluation circuit
causes a safety shutdown. The melting temperature range
is mainly determined by the insulation material used,
such as polyethylene, (low melting point) PVC, polyamide
etc.
Eine
NTC- bzw. PTC-Hot-Spot-Sensorik ergibt, wie erwähnt, ein reversibles Sicherheitssystem, das
auf einer Zwischenisolation mit NTC-/ bzw. PTC-Widerstandsverlauf
beruht. Unter Temperatureinfluss ändert sich der Widerstandswert
in der Regel exponentiell, so dass bei lokalen Hot-Spot-Temperaturen
ein messbares Signal am Oszillatorausgang für die Auswerteeinrichtung bereit
steht. Die NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation
unterliegt jedoch größeren Toleranzen
und Alterungserscheinungen, so dass sich dessen Sensorsignale für eine dauerhafte
und zuverlässige
Temperaturregelung bzw. Temperatursteuerung nur eingeschränkt eignen.An NTC or PTC hot spot sensor he As mentioned above, there is a reversible safety system based on an intermediate insulation with NTC or PTC resistance. Under temperature influence, the resistance value usually changes exponentially, so that at local hot-spot temperatures a measurable signal at the oscillator output is available for the evaluation device. However, the NTC / PTC intermediate insulation is subject to greater tolerances and aging, so that its sensor signals for a permanent and reliable temperature control or temperature control are only limited.
In
der Praxis ist es daher von Vorteil, verschiedene Kombinationen
für die
Temperaturregel-/Steuereinheit mit Hot-Spot-Temperaturerkennung
zu wählen,
wobei mindestens ein Leiterwiderstand mit annähernd linearem NTC- bzw. PTC-Leiterwiderstand
und in der Regel ein exponentieller NTC-/ bzw. PTC-Hot-Spot-Zwischenisolationswiderstand vorhanden
sind. Bei einer Autoheizdecke mit 12 V-Energieversorgung besteht
eine vorteilhafte Ausführung
darin, dass diese eine NTC-Hot-Spot-Zwischenisolationssensorik mit niedriger
Schmelztemperatur (low melt) für
ein redundantes Sicherheitssystem aufweist. Wird ein sehr hoher
Sicherheitsstandard gefordert oder ist es wahrscheinlich, dass ein
Wärmegerät unter
extremsten Bedingungen sehr kleine Flächen mit Hot-Spot-Temperaturen
aufweisen kann, so wird zusätz lich
zu der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolationssensorik auch die Schmelztemperatur
der Zwischenisolation herabgesetzt, so dass bei Unterschreiten einer
festgelegten Hot-Spot-Fläche
ein Kurzschluss entstehen kann, der zur irreversiblen Sicherheitsabschaltung
des Gerätes
führt.
Bei größeren Flächen mit
Hot-Spot-Temperatur greift jedoch in der Regel zuerst die NTC-/ bzw.
PTC-Zwischenisolationssensorik ein, die dann über den Oszillator und die
Auswerteeinrichtung zu einer Temperaturbegrenzung bzw. Temperaturregelung
und/oder Abschaltung des Heizkörpers
bzw. Wärmegeräts führt. Im
Heizelement 10 wird dadurch ein Kurzschluss vermieden und
das Wärmegerät kann nach
Beseitigung des Hot-Spots wieder betrieben werden.In practice, it is therefore advantageous to choose different combinations for the temperature control / control unit with hot spot temperature detection, wherein at least one conductor resistance with approximately linear NTC or PTC conductor resistance and usually an exponential NTC / or PTC hot spot intermediate insulation resistance. In a 12 V power car blanket, an advantageous embodiment is that it has a low melting temperature NTC hot spot inter-isolation sensor for a redundant safety system. If a very high safety standard is required or it is probable that a heating device can have very small areas with hotspot temperatures under the most extreme conditions, then the melting temperature of the intermediate insulation is reduced in addition to the NTC / PTC intermediate insulation sensor system. so that falls below a specified hot spot area may cause a short circuit, which leads to the irreversible safety shutdown of the device. For larger areas with hot-spot temperature, however, the NTC / PTC inter-isolation sensor system usually first intervenes, which then leads via the oscillator and the evaluation device to a temperature limitation or temperature regulation and / or shutdown of the radiator or heat device , In the heating element 10 This prevents a short circuit and the heater can be operated again after removal of the hot spot.
Die
Außenisolation
des Heizelementes 10 ist je nach Geräteanforderung und Spannungsfestigkeit ausgeführt. Im
einfachsten Fall wird gänzlich
auf die Isolation verzichtet. Ansonsten wird vorwiegend ein Material
verwendet, das höher
schmelzend ist als die Zwischenisolation 13, um im Fehlerfall
(z. B. Hot-Spot) die elektrische Spannungsfestigkeit und Außenisolation
zu gewährleisten.
Die Schmelztemperatur der Außenisolation
wird üblicherweise
mindestens 30°C
höher als
die der Zwischenisolation gewählt.The external insulation of the heating element 10 is designed according to device requirement and dielectric strength. In the simplest case, the insulation is completely omitted. Otherwise, predominantly a material is used which is higher melting than the intermediate insulation 13 In order to ensure the electrical voltage resistance and external insulation in the event of a fault (eg hot spot). The melting temperature of the external insulation is usually chosen to be at least 30 ° C higher than that of the intermediate insulation.
In
den 3 und 4 sind verschiedene Beispiele
für den
Anschluss des oder der Temperatursensoren TS in der Oszillatorschaltung
an typischen Anschlusspunkten gezeigt. Dabei ergeben sich je nach
Anschlussstelle unterschiedliche Sicherheitsfunktionen, beispielsweise
für den
Fall, dass der Oszillator selbst fehlerhaft sein sollte.In the 3 and 4 Various examples of the connection of the temperature sensor (s) TS in the oscillator circuit at typical connection points are shown. Depending on the connection point, different safety functions result, for example in the event that the oscillator itself should be faulty.
Gemäß 4 kann
auch die Empfindlichkeit der Bedämpfung
(Diodenzweige D1/D2) polarisiert unterschiedlich dimensioniert werden,
wodurch ein Teilbereich der Flächenheizung
auf geringere Hot-Spot-Temperaturen hin überwacht werden kann oder die
Spannungsaussteuerbereiche des Oszillators kompensiert werden können.According to 4 The sensitivity of the attenuation (diode branches D1 / D2) polarized can also be dimensioned differently, as a result of which a subarea of the surface heating can be monitored for lower hot-spot temperatures or the voltage output ranges of the oscillator can be compensated.
Bei
einer symmetrischen Oszillatorspannung an der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation 13 kann durch
entsprechende Auswertung (beispielsweise Speicherzeitwerte) der
lokale Fehlerort bei Hot-Spots in Folge des Puls-Pausen-Verhältnisses
lokalisiert werden. Im Normalfall beträgt die Pulseinzeit und Pulsauszeit
je 50% einer Periode. Ändert
sich jedoch das Widerstandsverhältnis
in einem Flächenabschnitt
des Heizelementes, verschiebt sich das Puls-Ein-/-Ausverhältnis auf
beispielsweise 30/70%, wodurch Rückschlüsse auf
den Teilbereich gezogen werden können.
Eine durch die Bedämpfung
hervorgerufene Beeinflussung der Gesamtperiodendauer ist dabei zu
berücksichtigen.
Mittels einer der Auswerteeinrichtung nachgeschalteten bzw. an die
Steuereinrichtung 30 angeschlossenen Anzeigeeinheit 35 kann
der Hot-Spot-Bereich
angezeigt bzw. signalisiert werden.With a symmetrical oscillator voltage at the NTC / PTC intermediate insulation 13 By appropriate evaluation (for example, storage time values), the local fault location can be localized at hot spots as a result of the pulse-pause ratio. Normally, the pulse on time and pulse off time are each 50% of a period. However, if the resistance ratio in a surface portion of the heating element changes, the pulse on / off ratio shifts to, for example, 30/70%, whereby conclusions can be drawn on the portion. An influencing of the total period duration caused by the damping must be taken into account. By means of one of the evaluation device downstream or to the control device 30 connected display unit 35 the hot spot area can be displayed or signaled.
Die
Ausgangssignale der Erfassungsschaltung 20 bzw. des Oszillators
können
auch für
einen Rückschluss
auf die Alterung bzw. Fehler herangezogen werden, die durch die
NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation 13 hervorgerufen werden.
Damit ist es auch möglich,
für die
Alterung bzw. Fehler eine Wartungs-/Diagnose-/ bzw. Fehleranzeige
für einen
Benutzer oder Wartungspersonal zu erzeugen. Im einfachsten Fall
kann eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden,
indem eine Startoszillatorfrequenz in einem unbeheizten Zustand
mit einer oder zwei Referenzwerten verglichen wird und eine Gut-Schlechtanzeige
erfolgt. Besteht eine Temperaturdifferenz, die z. B. durch Messung
des Widerstandes des ersten oder zweiten Leiters verursacht wird,
kann von Zeit zu Zeit die alterungsbeeinflusste Grundoszillatorfrequenz
gemessen werden und bei Grenzwertüberschreitung bzw. -unterschreitung
kann eine Fehleranzeige erzeugt werden. Gleichzeitig kann die Aktivierung
der Sicherheitsabschaltung stattfinden. Wird von Beginn an keine
Oszillatorfrequenz festgestellt, handelt es sich in der Regel um
eine Unterbrechung in dem Sensorleiter 12, einen Kurzschluss
des Heizleiters 11, des Anschlusskabels oder einen Elektronikausfall.
Um Rückschlüsse auf
eine intakte Oszillatorschaltung und Anschluss einer Stecker-/Kupplungseinheit
zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Kapazität des Heizelementes 10 und
einen Oszilla torkondensator aufeinander abzustimmen, so dass eindeutige
Frequenzsignale für
die Fehler- und Betriebsarten abgeleitet werden können. Als
weiterer Schutzmechanismus kann vorgesehen sein, dass nach einer
bestimmten Betriebszeit (von z. B. 1000 Betriebsstunden) aufgrund
einer Sensoralterung, allgemeiner Materialalterung oder üblichen
Verschleißes
ein weiterer Betrieb des Gerätes
unterbunden wird. Auch kann der Benutzer über die Anzeige angewiesen werden,
das Wärmegerät auf mögliche Schäden, Verschleiß oder unsachgemäßen Gebrauch
zu untersuchen, wobei auch bestimmte Fehlerarten anzeigbar sein
können.The output signals of the detection circuit 20 or of the oscillator can also be used for a conclusion on the aging or errors caused by the NTC or PTC intermediate insulation 13 be caused. Thus, it is also possible to generate a maintenance / diagnostic / or fault indication for a user or maintenance personnel for aging or errors. In the simplest case, a plausibility check may be performed by comparing a starting oscillator frequency in an unheated state with one or two reference values and performing a good-bad indication. There is a temperature difference z. B. caused by measuring the resistance of the first or second conductor, the aging-influenced basic oscillator frequency can be measured from time to time and at limit exceeding or undershooting an error indication can be generated. At the same time the activation of the safety shutdown can take place. If no oscillator frequency is detected from the beginning, it is usually an interruption in the sensor conductor 12 , a short circuit of the heating conductor 11 , connection cable or an electronic failure. In order to draw conclusions about an intact oscillator circuit and the connection of a plug / coupling unit, it is advantageous to use the Kapa of the heating element 10 and tune a Oscilla torkondensator to each other so that unique frequency signals for the error and operating modes can be derived. As a further protection mechanism, it can be provided that after a certain operating time (of, for example, 1000 operating hours) further operation of the device is prevented due to sensor aging, general material aging or usual wear. Also, the user can be instructed by the display to examine the heater for possible damage, wear or improper use, and certain types of errors may be displayed.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass durch Anschluss
des oder der Sensorleiter 12 und der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation
an einen Oszillator Frequenzsignale geliefert werden, die in einem
bestimmten Frequenzfenster liegen und die üblichen Gebrauchstemperaturen
wiederspiegeln. Die annähernd
lineare temperaturabhängige
Leiterwiderstandsänderung
eignet sich dabei für
eine flächige
(Grenz-)Temperaturregelung und wird durch die Hot-Spot-Temperatursignale
oder einen Kurzschluss überlagert,
so dass stets ein sicherer Betriebszustand gewahrt wird bzw. eingehalten werden
kann. Der Schaltungsaufwand lässt
sich dadurch weiter optimieren.A further advantageous embodiment is that by connecting the sensor or the sensor 12 and the NTC / PTC intermediate insulation is supplied to an oscillator frequency signals which are within a certain frequency window and reflect the usual service temperatures. The approximately linear temperature-dependent conductor resistance change is suitable for a surface (limit) temperature control and is superimposed by the hot-spot temperature signals or a short circuit, so that always a safe operating state is respected or can be maintained. The circuit complexity can be further optimized.
Wird
der Heizkörper
mit Wechselspannung betrieben, so wird die Oszillatorfrequenz der
Sicherheitseinrichtung vorteilhaft so gewählt, dass durch eine einfache
Frequenzfilterung in der Auswerteeinrichtung das oder die Temperatursignale
möglichst einfach
zu trennen sind. Hierfür
ist ein Frequenzunterschied von mindestens 1:2 Perioden von Vorteil. Alternativ
kann vorgesehen sein, dass der bedämpfbare Oszillator durch eine
Versorgungswechselspannung synchronisiert wird und vom Synchronisierungszeitpunkt
an eine Verschiebung der Ausgangssignale durch eine Differenzmessung
festgestellt wird. Damit lassen sich ebenfalls Temperatureinflüsse erfassen
bzw. lässt
sich die Auswertegenauigkeit des bzw. der Messsignale erhöhen.Becomes
the radiator
operated with AC voltage, the oscillator frequency of the
Safety device advantageously chosen so that by a simple
Frequency filtering in the evaluation the temperature signals or the
as simple as possible
to be separated. Therefor
is a frequency difference of at least 1: 2 periods of advantage. alternative
can be provided that the attenuatable oscillator by a
AC supply voltage is synchronized and the synchronization time
to a displacement of the output signals by a difference measurement
is detected. This can also detect temperature influences
or leaves
increase the evaluation accuracy of the or the measuring signals.
Eine
andere Ausgestaltung der Erfassungsschaltung 20 und weiteren
Schaltungskomponenten besteht darin, dass der Oszillator nicht frequenzabhängig, sondern
amplitudenabhängig
oder frequenz- und amplitudenabhängig
arbeitet, um z. B. im Hot-Spot-Temperaturbereich eine höhere oder
niedrigere Signalauflösung
zu erreichen und/oder gleichzeitig den Einfluss einer Oszillatorbedämpfung je nach
Anwendungsfall zu variieren.Another embodiment of the detection circuit 20 and other circuit components is that the oscillator is not frequency-dependent, but amplitude-dependent or frequency and amplitude-dependent works, for. B. in the hot-spot temperature range to achieve a higher or lower signal resolution and / or simultaneously to vary the influence of an oscillator damping depending on the application.
Bei
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein regel-/ bzw.
steuerbarer Oszillator (VCO) eingesetzt wird, wodurch beispielsweise
in Temperatur-/Frequenzabhängigkeit
ein höheres NTC-Hot-Spot-Sensorsignal
erhalten wird.at
A further embodiment provides that a rule / or
controllable oscillator (VCO) is used, whereby, for example
in temperature / frequency dependence
a higher NTC hot spot sensor signal
is obtained.
Zur
Verbesserung des EMV-Verhaltens des Oszillators kann die Eingangsbedämpfung der
NTC-/ bzw. PTC-Sensorik niederohmiger ausgelegt werden. Dazu ist
es möglich,
einen Widerstand und/oder Kondensator ohne nennenswerten Temperaturgang zwischen
die beiden Leiter zu schalten, der dann als Parallelwiderstand und/oder
Parallelkondensator zu dem NTC-Sensorwiderstand bzw. der Sensorkapazität wirkt.to
Improving the EMC behavior of the oscillator can reduce the input attenuation of the oscillator
NTC or PTC sensors are designed low-impedance. Is to
it is possible
a resistor and / or capacitor without significant temperature transition between
to switch the two conductors, then as a parallel resistor and / or
Parallel capacitor to the NTC sensor resistance or the sensor capacity acts.
Bei
den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen
ist insbesondere auch die resistive bzw. kapazitive Koppelung des
Heizelementes 10 mit dem bedämpfbaren Oszillator dargestellt. Eine
Besonderheit bilden die beiden Lastschalter S1 und S2, die das NTC-Heizelement 10 einpolig
oder allpolig von der Spannungsversorgung 50 trennen, um
danach die Bedämpfung
des Oszillators oder einen Kurzschluss am Oszillatorausgang zu detektieren.
Durch Zuführen
des von der Oszillatorschaltung bereit gestellten Signals an die
Auswerte-/Regel-/Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung 30 wird entschieden,
ob ein weiterer Heizvorgang, Messvorgang oder eine (redundante)
Sicherheitsabschaltung (mittels der Schalter S1 und/oder S2) eingeleitet
wird. Die Spannungsversorgung 50 kann aus einer DC- oder
AC-Versorgungsspannung
bestehen. Die Lastschalter S1 und S2 können je nach Ver sorgungsspannung
DC oder AC auch als Gleich-/Wechselrichter oder dgl. fungieren und
aus mechanischen, elektronischen, integrierten oder ähnlichen
Komponenten bestehen.In the in the 5 and 6 In particular, the resistive or capacitive coupling of the heating element is shown 10 represented with the attenuatable oscillator. A special feature is the two load switches S1 and S2, which are the NTC heating element 10 single-pole or all-pole from the power supply 50 then to detect the oscillator's attenuation or a short circuit at the oscillator output. By supplying the signal provided by the oscillator circuit to the evaluation / control unit or control unit 30 It is decided whether another heating process, measuring process or a (redundant) safety shutdown (by means of switches S1 and / or S2) is initiated. The power supply 50 can consist of a DC or AC supply voltage. Depending on the supply voltage DC or AC, the load switches S1 and S2 can also function as DC / inverter or the like and consist of mechanical, electronic, integrated or similar components.
An
die Steuereinrichtung 50 lassen sich weitere Sensoren,
(bedämpfbare)
Oszillatoren oder zusätzliche
Sicherheitseinrichtungen oder Auswerteeinheiten anschließen. Bei
Verwendung eines AC/DC (DC/DC)-Adapters für die Stromversorgung aus anderen
Versorgungseinheiten kann bzw. können
auch diese Einheit(en) eine Schaltungskomponente beinhalten, die
durch eine Verbindung oder Kommunikation mit der Auswerte-, Regel-/Steuereinheit
entsprechende Aufgaben übernehmen
kann. Beispielsweise kann bei einem Gerät aus Netzteil, Schnurschalter
und Heizkörper
mit Sensorik bei Hot-Spot-Detektion oder Heiz-/Sensorleiterkurzschluss
von der Auswerteeinheit des Schalters über einen Steuerleitungseingang
des Netzteils (AC/DC-Adpater) die Versorgungsspannung des Netzteils
und somit die des Wärmegerätes abgeschaltet
werden. Auch damit besteht eine Einsparmöglichkeit bei der Anzahl der
Lastschalter.To the controller 50 Additional sensors, (attenuatable) oscillators or additional safety devices or evaluation units can be connected. When using an AC / DC (DC / DC) adapter for the power supply from other supply units, this unit (s) may also include a circuit component that performs tasks corresponding to a connection or communication with the evaluation, control / control unit can take over. For example, in a device consisting of power supply, cord switch and radiator with sensor in hot spot detection or heating / sensor short circuit from the evaluation of the switch via a control line input of the power supply (AC / DC Adpater), the supply voltage of the power supply and thus the heat device be switched off. Even so, there is a savings in the number of load switches.
Die
Auswerteeinrichtung bzw. Auswerteeinheiten z. B. bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 können
vielfältig
ausgeführt
sein. Vorteilhaft sind dabei Schaltungen in Analog- und Digitalausführung, insbesondere
auf Basis von Operationsverstärkern, Komparatoren,
ICs, ASICs, ein Satz von Mikrocontrollern, Polymerschaltkreise und
dgl. Mit einer derartigen Auswerteeinrichtung können die von der Erfassungsschaltung 20 bzw.
dem oder den bedämpfbaren
Oszillatoren bereit gestellten Signale empfangen und verarbeitet
werden, wobei die Auswertung bzw. Verarbeitung nach vorgegebenen
Funktionen oder einer vorgenommenen Programmierung erfolgen kann.
Dabei können
Funktionen wie schnelles Anheizen, Abschaltung durch Zeitgeber,
einfache Bedien- und Anzeigefunktionen auch symbolisch oder graphisch
von Fehler-, Warn-, Wartungs- und/oder Programmfunktonen beinhaltet
sein. Durch einen unidrektionalen Rückzweig auf die Oszillatorschaltung bzw.
Sicherheitseinheit kann die Auswerteeinrichtung auch auf weitere
(redundante) Schaltungsteile Einfluss nehmen. Dabei kann die Ausführung so
sein, dass z. B. bei Sensorbrucherkennung immer auch der zweite
oder ein weiterer Lastschalter abgeschaltet wird. Zur Energieversorgung
des Wärmegeräts kann
eine Gleichspannungsversorgung oder Wechselspannungsversorgung z.
B. mit einem Anschluss an ein Versorgungsnetz, einem Stecker- oder
Schaltnetzteil, einem Wechselrichter, Akkus, Solareinheiten oder
anderen erneuerbaren Energien, auf der Basis von Wasserstofftechnik
oder dgl. verwendet werden. Zur Anpassung der Elektronik gegebenenfalls
mit Ladeteil und zur Versorgung ist vorteilhaft die Verwaltungseinrichtung 52 vorgesehen.
Die Stromsensorik mit mindestens einem Stromsensor 44 ist
vorteilhaft so ausgebildet, dass eine Temperaturänderung des Heizleiters 11 und/oder
des Sensorleiters 12 oder auch weiterer Leiter erfasst
werden kann und als Signal für
eine Temperaturregelung in Abhängigkeit
einer Bedienereingabe genutzt wird. Die Stromsensorik kann auch
dazu dienen, Heizstromunterbrechungen in Folge von Brüchen im
Heizleiter 11, anderen Leitungen, festen oder trennbaren
Kontakten und Verbindungen oder dgl. zu erkennen und eine zeitliche
Unterbrechung (Begrenzerfunktion) oder Abschaltung des oder der
Lastschalter S1, S2 zu bewirken.The evaluation or evaluation z. B. in the embodiment according to 1 can be varied. Advantageously, circuits in analog and digital design, in particular based on operational amplifiers, Comparators, ICs, ASICs, a set of microcontrollers, polymer circuits and the like. With such an evaluation, the detection circuit 20 or the signals or signals provided to the attenuatable oscillators are received and processed, wherein the evaluation or processing can be carried out according to predetermined functions or programming. Functions such as fast heating, shutdown by timer, simple operating and display functions can also be symbolically or graphically included in error, warning, maintenance and / or program functions. By a unidirectional return branch on the oscillator circuit or safety unit, the evaluation device can also influence other (redundant) circuit parts influence. The design may be such that z. B. in sensor break detection always the second or another load switch is turned off. To power the heater, a DC power supply or AC power supply z. B. with a connection to a supply network, a plug or switching power supply, an inverter, batteries, solar units or other renewable energy, based on hydrogen technology or the like. Be used. For adaptation of the electronics optionally with charging part and to supply is advantageous management device 52 intended. The current sensor with at least one current sensor 44 is advantageously designed so that a temperature change of the heating element 11 and / or the sensor conductor 12 or another conductor can be detected and is used as a signal for a temperature control in response to an operator input. The current sensor can also serve Heizstromunterbrechungen as a result of breaks in the heating element 11 to detect other lines, fixed or separable contacts and connections or the like. And to effect a time interruption (limiter function) or shutdown of the load switch or, S1, S2.
Ein
typischer Aufbau eines Heizelementes besteht aus einer Doppelkordel
mit oder ohne NTC-/ bzw. PTC-Sensorik. Dabei ist ein Kern- bzw.
Trägerfaden
mit innerem Leiter (erstem Leiter) vorgesehen, beispielsweise gemäß einem
Lahnleiter-Aufbau.One
typical structure of a heating element consists of a double cord
with or without NTC or PTC sensors. Here is a core or
carrier thread
provided with an inner conductor (first conductor), for example according to a
Lahn wire construction.
Der
erste Leiter kann dabei als Heizleiter 11 oder als Sensorleiter 12 (für die Zwischenisolation 13)
herangezogen werden. Dabei kann er optional als PTC-/ bzw. NTC-Leiter
ausgeführt
sein, um das oder die Sensorsignal(e) bereit zu stellen. Der Vorteil des
Lahnleiters ist, dass der Widerstand pro Meter sehr niederohmig
ausgeführt
werden kann bei sehr hoher Flexibilität und dass gegenüber einer
Spiralwicklungsausführung
die elektromagnetischen Felder reduziert sind. Die Zwischenisolation
kann schmelzend oder nichtschmelzend für irreversible Hot-Spot-Sensorik
aus Polyethylen, niedrigschmelzendem PVC, Polyamid usw. ausgeführt sein
und optional NTC-/ bzw. PTC-Verhalten für eine reversible Hot-Spot-Sensorik
aufweisen. Je nach Material der Zwischenisolierung kann ein schmelzender
oder nichtschmelzender Effekt eingestellt werden. Der äußere bzw.
zweite Leiter kann als Heizleiter 11 oder Sensorleiter 12 (für die Zwischenisolation 13)
verwendet werden. Er kann optional als PTC-/ bzw. NTC-Leiter ausgeführt sein,
um das oder die Sensorsignal(e) bereit zu stellen. Optional kann
auch der äußere Leiter
als Heizleiter 11 und der innere Leiter als Sensorleiter 12 ausgeführt sein.The first conductor can serve as a heating conductor 11 or as a sensor conductor 12 (for the intermediate insulation 13 ) are used. In this case, it can optionally be designed as a PTC or NTC conductor in order to provide the sensor signal (s). The advantage of Lahnleiters is that the resistance per meter can be made very low impedance with very high flexibility and that compared to a spiral winding design, the electromagnetic fields are reduced. The intermediate insulation may be made melting or non-melting for irreversible hot-spot sensing of polyethylene, low melting PVC, polyamide, etc., and optionally having NTC / PTC behavior for reversible hot spot sensing. Depending on the material of the intermediate insulation, a melting or non-melting effect can be set. The outer or second conductor can serve as a heating conductor 11 or sensor conductor 12 (for the intermediate insulation 13 ) be used. It may optionally be implemented as a PTC / NTC conductor to provide the sensor signal (s). Optionally, the outer conductor as a heat conductor 11 and the inner conductor as a sensor conductor 12 be executed.
Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel des Wärmegerätes beispielsweise
einer 12 V-Autoheizdecke, ist in einen flexiblen Träger mindestens
ein flexibles Heizelement in Form einer NTC-Heizkordel mit Heiz-
und Sensorleiter integriert. Zum Abtrennen der elektronischen Regel-/Steuereinheit
mit integriertem Sicherheitssystem (Zwischenschalter) ist eine Kupplungseinheit
vorgesehen. Der Zwischenschalter weist z. B. sechs Schaltstufen
auf und beinhaltet z. B. eine automatische Zeitgeber-Abschaltung nach
beispielsweise 3 Stunden. Eine LED-Anzeige zeigt stetig den Betriebszustand
(z. B. durch Blinken) an. Mit der Zeitgeberabschaltung kann schnell
blinkend ein Fehlerzustand angezeigt werden, wie beispielsweise
nicht angesteckter Heizkörper,
Heizleiterbruch oder anderer Elektronikfehler. Die Heizdecke kann
an einen Zigarettenanzünder
im Fahrzeug an 12 V-Gleichspannung oder mit einem separaten 100-/230
V AC-/DC-Netzadapter betrieben werden.At the in 7 shown embodiment of the heater, for example, a 12 V Autoheizdecke, at least one flexible heating element in the form of an NTC heating cord with heating and sensor conductor is integrated in a flexible support. To separate the electronic control unit with integrated safety system (intermediate switch), a coupling unit is provided. The intermediate switch has z. B. six switching stages and includes z. B. an automatic timer shutdown after for example 3 hours. An LED display continuously indicates the operating status (eg by flashing). With the timer shutdown, a fault condition can quickly be displayed flashing, such as unhoused radiator, heater break or other electronic fault. The electric blanket can be operated on a cigarette lighter in the vehicle to 12 V DC or with a separate 100- / 230 V AC / DC power adapter.
Die
Schaltungsblöcke
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 7 umfassen verschiedene Schaltungsbereiche, nämlich einen
Bereich zur Kleinspannungsbildung und Stabilisierung (ZD1), ein
Heizelement mit Heizleiter und NTC-Sensorelement sowie einen bedämpfbaren
Oszillator, eine Auswerteeinrichtung bzw. Auswerteeinheit für Normal-, Hot-Spot-Betrieb
oder Kurzschluss, eine Einrichtung mit Heizungs-/Sensorleiter mit Unterbrechung des Heizbetriebs
mittels Lastschalter (S1, S2), eine Eingriffsteuerung zur Lastabschaltung
S2 durch eine zweite redundante Auswerte-, Regel-, Steuer-, Bedien-
und Anzeigeeinheit mittels Mikrocontroller, wobei nach einer Lastabschaltung
zyklisch im Minutenbereich eine erneute Prüfung auf Abschaltung durchgeführt werden
kann, eine Heizleiterbrucherkennung oder eine Erkennungsschaltung
für nicht
angesteckten Heizkörper
mit Abschaltung der redundanten Lastschalter S1, S2 mittels Mikrocontroller
und zyklischer Fehlerabfrage z. B. im Minutenbereich mit Wiedereinschaltung
der Lastschalter S1, S2, eine sechsstufige Leistungsstellung mit
Boostfunktion zum schnellen Anheizen sowie eine redundante Zeitgeberabschaltung
für die
beiden Lastschalter S1, S2, eine Anzeigeeinheit bestehend aus Mikrocontroller
und Leuchtdiode und optional eine Wartungs-, Diagnose- und/oder erweiterte
Fehleranzeige.The circuit blocks in the embodiment according to 7 include various circuit areas, namely an area for low voltage generation and stabilization (ZD1), a heating element with heating conductor and NTC sensor element and a dampable oscillator, an evaluation unit or evaluation unit for normal, hot spot operation or short circuit, a device with heating / Sensor conductor with interruption of the heating operation by means of load switch (S1, S2), an intervention control for load shutdown S2 by a second redundant evaluation, control, control, and display unit by means of microcontroller, wherein after a load shutdown cyclically in the minute range, a renewed test for Shutdown can be performed, a Heizleiterbrucherkennung or a detection circuit for not infected radiator with shutdown of the redundant load switch S1, S2 by means of microcontroller and cyclic error query z. B. in the minute area with reclosing the load switch S1, S2, a six-level power position with boost function for fast heating and a redundant timer for the two load switches S1, S2, a display unit consisting of microcontroller and LED and optional maintenance, diagnostics and / or advanced fault indication.
Zwischen
Heizkörper
und der/den Regel- bzw. Steuereinheit(en) können verschiedene Verbindungsarten
mittels Kabel, Funk, Infrarotstrahlung, akustischer Übertragung
oder Kombination daraus eingesetzt werden. Bei Kabelverbindung erfolgt
der Festanschluss z. B. mittels Steckkupplung im Kabel (zwei oder
mehrpolig), Steckkupplung auf dem Heizkörper oder Steckkupplung an
der Regel- bzw. Steuereinheit. Bei drahtloser Verbindung kann die
Datenübertragung
normiert oder unnormiert erfolgen. Auch eine Übertragung mittels Bus ist
möglich.Between
radiator
and the control unit (s) may have different types of connections
by means of cable, radio, infrared radiation, acoustic transmission
or combination thereof. When connected by cable
the fixed connection z. B. by means of plug-in coupling in the cable (two or
multipolar), plug-in coupling on the radiator or plug-in coupling
the control unit. With wireless connection, the
data transfer
normalized or unnormalized. Also a transfer by bus is
possible.
