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Die Erfindung betrifft eine Leitung für Flude mit einem Heizelement in oder an der Leitung, wobei das Heizelement einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand besitzt, mit einer Leistungsquelle für das Heizelement, welche Leistungsquelle einen Laststrom durch das Heizelement fließen lässt. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Heizelementes zur Erwärmung einer fluidführenden Leitung, bei dem ein Heizelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand durch einen hindurchfließenden elektrischen Laststrom aufgewärmt wird.
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Leitungen für Fluide mit einem Heizelement werden beispielsweise eingesetzt, um Treibstoffe bei der Zuführung zu einem Verbrennungsmotor vorab auf eine höhere Temperatur einzustellen, um ein Einfrieren zu verhindern und einen bestimmten Ausgangszustand sicherzustellen. Andere Leitungen für Fluide mit einem Heizelement werden beispielsweise in Geschirrspülautomaten oder Waschmaschinen eingesetzt, um dort Waschflotten auf eine Temperatur zu erhitzen, die für den Waschvorgang gewünscht wird.
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Eine Kraftstoffvorheizung für einen Motor ist beispielsweise aus der
DE 34 11 965 C2 bekannt. Darin werden zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Rückstoßmotoren in Raumfahrzeugen elektrische Zusatzheizelemente verwendet, die die Temperatur des als Treibstoff verwendeten Hydrazingases erhöhen sollen. Der Heizwiderstand ist temperaturabhängig und im kalten Zustand besonders gering. Es besteht daher die Gefahr, dass bei relativ niedrigen Temperaturen durch einen aufgrund des niedrigen Widerstandes unzulässig hohen Einschaltstrom Schäden auftreten. Es wird daher eine Schaltung mit Strombegrenzer-Widerständen vorgeschlagen, wobei die an dem Heizelement herrschenden Verhältnisse abgefühlt werden.
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Aus der
DE 10 2005 029 921 A1 ist eine Steuerung für Heizelemente insbesondere in Geschirrspülmaschinen bekannt. Diese arbeitet mit einem Heizelement, dessen Widerstandswert eine Funktion seiner Temperatur ist und das über ein Schaltmittel mit einer Stromversorgung gekoppelt ist. Bei einer Anwendung in Geschirrspülmaschinen besteht die Gefahr, dass bei einem Trockengang der Heizeinrichtung sowie beim Überkochen von Wasser Schäden eintreten können. Zur Behebung dieses Problems wird eine Ermittlung und Überwachung der Temperatur des Heizelementes vorgeschlagen, um beim Überschreiten eines Sollwertes das Schaltmittel zu betätigen und somit die Leistungsquelle vom Heizelement zu trennen beziehungsweise die weitere Energiezufuhr zum Heizelement zu unterbinden.
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Aus der
DE 10 2006 032 698 A1 ist eine weitere Möglichkeit für ein Heizelement für Haushaltsgeräte bekannt, bei dem die Gefahr von Überhitzung besteht. Auch dieses Heizelement besitzt einen elektrischen Widerstand, der von seiner Temperatur abhängig ist. Aus der zeitlichen Änderung des Widerstandes während eines Heizvorganges werden Schlüsse gezogen, ob der Heizvorgang ordnungsgemäß verläuft oder ob möglicherweise Randbedingungen erreicht sind, die eine sofortige Sicherheitsabschaltung erfordern. Auch hier wird dann im Falle einer solchen Gefahr die Leistungsquelle vom Heizelement getrennt.
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In der
US-PS 44 77 175 wird ein Heizelement für eine Vorheizung von Dieselkraftstoff beschrieben. Dieses besitzt ein Heizelement und ein Regelelement. Bei Dieselkraftstoff ist es wichtig, dass dessen Fließ- und Filterfähigkeit erhalten bleibt, die bei zu niedrigen Temperaturen nicht beziehungsweise nicht mehr hinreichend gegeben ist. Die Temperatur des Dieselkraftstoffs soll jedoch auch nicht zu hoch werden. Hierzu wird eine Regelung mittels eines PTC-Regelelements vorgeschlagen, welches bei Erwärmung seinen Widerstand vergrößert und auf diese Weise automatisch zu einer Verringerung der Heizleistung und damit zu einer Begrenzung der Temperatur des Mediums führt. Das Heizelement muss in unmittelbarem räumlichen Kontakt mit dem Regelelement stehen. Für eine Beheizung einer Leitung kann dieses Verfahren also nicht eingesetzt werden. Es auch nur für relativ kleine Ströme und somit geringe Heizleistungen brauchbar.
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Die verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren denen in erster Linie dazu, eine Sicherheitsabschaltung beim Erreichen von gefährlichen oder nicht erwünschten Randbedingungen zu bekommen oder aber auch eine automatische Begrenzung von Temperaturbereichen zu erhalten.
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Die vielfältigen Möglichkeiten und Anforderungen an die Beheizung von Fluiden in Leitungen lassen hier jedoch noch Wünsche offen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Leitung für Fluide vorzuschlagen, die ein Heizelement aufweist und eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des Verhaltens des Heizelementes aufweist.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Steuern eines Heizelements zur Erwärmung einer fluidführenden Leitung vorzuschlagen, bei dem noch zusätzliche Möglichkeiten bestehen.
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Die erstgenannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Leitung mittels der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Messleistungsquelle vorgesehen ist, welche bei Ansteuerung durch eine Gerätesteuerung einen Messstrom durch das Heizelement fließen lässt oder eine Messspannung am Heizelement anlegt, dass eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist, welcher den elektrischen Widerstand des Heizelements ermittelt und ein Messsignal der Gerätesteuerung übermittelt, und dass die Gerätesteuerung so ausgebildet ist, dass sie anhand des Messsignals eine Steuerung der Leistungsquelle für den Laststrom vornimmt.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren mittels der Erfindung dadurch gelöst, dass in Abständen ein definierter Messstrom durch das Heizelement geleitet oder eine definierte Messspannung an dem Heizelement angelegt wird, dass der aktuelle elektrische Widerstand des Heizelements bei diesem strömenden Messstrom beziehungsweise dieser angelegten Messspannung festgestellt und einer Gerätesteuerung übermittelt wird, dass die Gerätesteuerung aus einer in ihr hinterlegten Kennlinie und dem übermittelten Messwert des elektrischen Widerstandes des Heizelementes die aktuelle Temperatur des Heizelementes ermittelt, und dass aufgrund dieses Temperaturwertes die Steuerung des Laststromes durch das Heizelement gesteuert wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Leitung entsteht die Möglichkeit, nicht nur eine Abschaltung einer Heizeinrichtung für ein Fluid bei gefährlichen oder unerwünschten Randbedingungen zu erhalten, sondern auch ganz konkrete Verhaltensweisen des Fluides anzustreben. Es wird auf diese Weise möglich, die Temperatur eines strömenden Fluides sehr sauber und genau zu steuern. In einer Reihe von Anwendungsfällen werden wechselnde Temperaturen von Fluiden gewünscht, die von äußeren Randbedingungen abhängen.
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Anders als in den beschriebenen Randbedingungen geht es also nicht nur darum, dass bestimmte, zu hohe oder zu niedrige Temperaturen vermieden werden, sondern es geht darum, dass nach Wahl eines Nutzers eine strömende Flüssigkeit oder ein strömendes Gas mit einer bestimmten Temperatur die Leitung verlässt beziehungsweise abgegeben wird. Dies wird durch eine entsprechende Steuerung der Heizeinrichtung mit dem Heizelement erreicht.
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Es ist nicht ausreichend, einfach die Heizleistung für die Heizelemente proportional oder in anderer Form einzustellen, da das strömende Fluid selbst ebenso wie die Außentemperatur und andere Randbedingungen eine erhebliche Rückwirkung auf den aktuellen Zustand des Heizelementes hat.
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Die Erfindung ermöglicht es jetzt jedoch, dass die aktuelle Temperatur des Heizelementes bestimmt wird, nämlich durch eine Messung seines Widerstandes. Aus dieser Messung kann automatisch anhand einer in einer Gerätesteuerung hinterlegten Kennlinie des Heizelementes die Temperatur des Heizelementes direkt und in sehr kurzer Zeit ermittelt und somit zur weiteren Steuerung eingesetzt werden.
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Die Messung des Widerstandes des Heizelementes erfolgt durch eine Sensoreinrichtung, die beispielsweise eine Sensorschaltung sein kann. Widerstandsmessungen können durch unterschiedliche Sensorschaltungen erfolgen, die auch ganz oder teilweise in die Gerätesteuerung integriert sein können.
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Dabei ist zu beachten, dass die Temperatur des Heizelementes nicht notwendig identisch mit der Temperatur des strömenden Mediums ist; im Gegenteil: Da das Heizelement die Temperatur des strömenden Fluides ja erst erhöhen soll, bestehen hier insbesondere bei eingestellten Änderungen oder auch bei einer Zufuhr sich selbst hinsichtlich der Temperatur ändernden Fluides erhebliche Abweichungen.
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Gerade diese Abweichungen können aber durch die Gerätesteuerung genutzt werden, um exakt die dem Heizelement zuzuführende Leistung einzustellen beziehungsweise nachzuregeln.
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Aus dem gemessenen Widerstand wird also mit Hilfe eines Messstroms die aktuelle Temperatur des Heizelementes bestimmt. Anhand dieses ermittelten elektrischen Widerstandes kann dann steuergeräteseitig eine Temperaturregelung dadurch erfolgen, dass die dem Heizelement zugeführte Leistung erhöht oder reduziert wird.
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Das Leitungselement für die Fluide weist also ein in oder an der Leitung befindliches Heizelement auf, insbesondere einen Heizdraht. Dieser Heizdraht kann beispielsweise spiralförmig um die fluidführende Leitung herumgewunden sein. Es ist aber auch möglich, dass das Heizelement im Inneren der Leitung im Fluid angeordnet ist, natürlich je nach Medium in entsprechender elektrischer und chemischer Isolierung. Handelt es sich bei dem strömenden Medium beziehungsweise Fluid etwa um Dieseltreibstoff, so ist eine chemische oder elektrische Isolierung kaum erforderlich. Auch die zu erwartende Strömungsgeschwindigkeit in einer Leitung ist selbstverständlich zu berücksichtigen, um etwa bei einer hohen mechanischen Belastung eine Abrasion des Heizdrahtes zu vermeiden. In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise auch wiederum bei einer Leitung zur Zuführung von Dieseltreibstoff, sind die Strömungsgeschwindigkeiten jedoch in einem Bereich, in dem die Anforderungen an einen entsprechenden Schutz des Heizelementes gering sind.
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Die erfindungsgemäße Konzeption ermöglicht quasi nebenbei auch, dass eine Überhitzung oder ein Übersteigen von gefährlichen oder nicht gewünschten Temperaturen vermieden wird, da die Gerätesteuerung auch feststellen kann, wenn eine Überhitzung des strömenden Fluides und damit eine von der Steuerung nicht gewünschte zu hohe Temperatur auch am Heizelement vorliegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere gut geeignet, wenn es um eine schnelle Aufheizung und damit um eine rasche Temperaturänderung von Fluiden in einer Leitung geht. Diese kann sehr gezielt gesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist in mehreren Varianten einsetzbar.
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Eine erste und besonders überzeugende Lösung besteht darin, dass der Messstrom zur Feststellung des aktuellen Widerstandes des Heizelementes intermittierend mit dem Laststrom angelegt wird. Es wird in diesem Falle also zur Durchführung einer Messung kurzzeitig die Leistungsquelle, die das Heizelement heizt, von dem Heizelement getrennt und ein genau definierter Messtrom durch das Heizelement geschickt. Es ist auch möglich, eine genau definierte Messspannung an dem Heizelement anzulegen. In beiden Fällen wird unmittelbar nach der Ermittlung von Strom und Spannung wieder die Leistungsquelle für den Laststrom am Heizelement angelegt.
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Natürlich ist es auch möglich, die Leistungsquelle durch entsprechende Einregelung der zur Messung vorgesehenen definierten Werte für die Erzeugung des Messstromes beziehungsweise der Messspannung zu nutzen.
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Durch den kurzzeitigen intermittierenden Betrieb ist sehr sauber festzustellen, welchen Widerstand das Heizelement in dem Moment der Messung aktuell exakt hat, da keine weiteren Ströme und Spannungen anliegen.
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Die intermittierende Messung kann insbesondere in solchen Anwendungsfällen erfolgen, in denen es auf die kurzzeitige und nur für die Messung benötigte Unterbrechung nicht ankommt beziehungsweise bei denen eine solche Unterbrechung ohne Weiteres möglich ist. Dies ist für die große Mehrzahl der Anwendungsfälle der Fall.
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Die Gerätesteuerung enthält wie erwähnt eine Kennlinie, die die Abhängigkeit der Temperatur von einem ermittelten Widerstand reflektiert. Hier können auch Maßnahmen getroffen und hinterlegt werden, die unterschiedliche Aufbauvarianten berücksichtigen. So wird ein entsprechendes Leitungselement üblicherweise Teil einer größeren Anlage sein und es sollte sichergestellt werden, dass die Genauigkeit des Messstromes beziehungsweise der Messspannung nicht beeinträchtigt ist.
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Dabei können unterschiedliche Zuleitungslängen, Übergangswiderstände an Verbindungsstellen und dergleichen vorliegen. Dies wird ausgeglichen, indem in der Gerätesteuerung ein automatischer Kalibrierablauf vorgesehen ist, der nach der Installation durchgeführt werden kann.
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Zur Durchführung einer erfolgreichen Kalibrierung wird nach der Installation des Heizsystems mit dem Heizelement die Leitung mit dem Heizelement auf eine definierte Grundtemperatur gebracht, beispielsweise durch Akklimatisierung auf eine Umgebungstemperatur. Alternativ kann die Leitung mittels eines zuvor auf eine definierte Temperatur erwärmten Mediums erwärmt werden. Anschließend wird mit dieser exakt bekannten Temperatur dann eine Art automatischer Kalibriervorgang durchgeführt.
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Bei diesem Kalibriervorgang wird von der Gerätesteuerung ein definierter und konstanter Messstrom durch die Zuleitungen und das Heizelement geleitet. Aus dem daraus resultierenden Spannungsabfall über die Zuleitungen beziehungsweise über das Heizelement und etwaiger Masseleitungen wird ein Referenzwert gebildet, der im Speicher der Gerätsteuerung abgelegt werden kann.
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Aus diesen kalibrierten Werten kann dann für die Messung im Betrieb die entsprechende Messspannung beziehungsweise der Messstrom ermittelt werden. Alternativ können daraus Modifikationsfaktoren ermittelt werden, die bei der Berechnung des Widerstandes des Heizelementes und/oder aus diesem Widerstand ermittelten aktuellen Temperatur herangezogen werden.
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Die erfindungsgemäße Konzeption wird dadurch besonders vorteilhaft, dass der Messstrom genau dort abgenommen wird, wo auch der Laststrom fließt. Sämtliche Randbedingungen für den Messstrom sind also die gleichen wie die für den Laststrom. Es entfallen alle Ungenauigkeiten, die bei Messungen oder Kalibrierungen dadurch auftreten können, dass eine Messung unter zwar angestrebten, aber nicht exakt realen Bedingungen wie die tatsächliche Belastung erfolgt. Die Messung ist also nicht virtuell oder simuliert, sondern findet genau dort statt und an dem gleichen Element, das auch der Belastung unterliegt.
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In einer praktischen Messung kann die intermittierende Vorgehensweise dadurch vorgenommen werden, dass der Laststrom alle 5 Sekunden für einen Zeitraum von etwa 500 Millisekunden abgeschaltet wird. Während dieser 500 Millisekunden wird der Messstrom untmittelbar nach dem Abschalten des Laststroms eingeschaltet und die zugehörige Messspannung von der Gerätesteuerung aufgenommen.
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Danach wird der Messstrom wieder abgeschaltet und der Laststrom wieder eingeschaltet.
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Zeitgleich mit diesen Maßnahmen erfolgt die Berechnung der Temperatur des Heizelements und daraus folgend ermittelt die Gerätesteuerung aus dieser Temperatur und den ihr vorliegenden Wünschen des Nutzers beziehungsweise der automatischen Geräteführung die weitere Ansteuerung des Heizelementes, also die Wahl der Höhe des effektiven Laststroms. Der Effektivwert ist aufgrund des erwähnten intermittierenden Betriebes besonders relevant.
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Die Erfassung und Weiterverarbeitung der Messwerte kann sehr schnell in einem Bereich einer Zeitspanne von weniger als 100 Millisekunden erfolgen. Das genannte beisplelhafte Zeitfenster von 500 Millisekunden gibt mithin hinreichend Zeit für die Aufnahme der Messwete und die entsprechende Auswertung.
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Bei anderen Randbedingungen können auch andere Werte für den intermittierenden Betrieb gewählt werden.
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Eine Auswertung der Messwerte kann in der Gerätesteuerung beispielsweise nach einer Verstärkung über einen Analog-Digital-Wandler erfolgen. Dabei können auch weitere Eingangsgrößen zugeführt und bei den Berechnungen und der Steuerung der Anlage berücksichtigt werden. Dies können beispielsweise auch analoge Eingangsgrößen von weiteren Temperatursensoren sein, beispielsweise von Temperatursensoren, die als NTC (negative temperature coefficient thermistors, auch als Heißleiter bezeichnet) oder PTC (positive temperature coefficient thermistors, auch als Kaltleiter bezeichnet) ausgeführt sind.
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Ein Prozessor in der Gerätesteuerung kann dabei zur Steuerung des Heizvorgangs in Abhängigkeit der zuvor bestimmten Messgrößen eingesetzt werden.
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Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es aufbaubedingt noch zu einem zusätzlichen Problem kommen. Das ist dann der Fall, wenn kein gemeinsamer Massepunkt für die Gerätesteuerung und das Heizelement realisierbar ist. In diesem Sonderfall kann es zu variierenden Massepotentialen kommen, welche aufgrund einer verfälschten Messspannung dann zu einer fehlerhaften Bestimmung des Widerstandes und daraus folgend zu einer fehlerhaften Ermittlung der Temperatur des Heizelementes führen. Das wiederum hat dann eine fehlerhafte Temperatursteuerung durch die Gerätesteuerung zur Folge.
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Aber auch dieses Problem kann durch eine spezielle Ausführungsform der Erfindung gelöst werden. Um hier eine Kompensation zu schaffen, ist es möglich, die zum Prozessor geleitete Messspannung aus einem vorgeschalteten Differenzverstärker zu erzeugen. Dabei wird nur der Spannungsabfall über das Heizelement im Differenzverstärker verarbeitet und somit das Ausgangssignal zum Prozessor in der Gerätesteuerung auf das andere Massepotential der Gerätesteuerung angeglichen. Dies führt dann zu einer Kompensation der verschiedenen Spannungen an den Massepunkten zwischen der Gerätesteuerung und dem Heizelement.
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Um den zur Messung des Widerstandes einzusetzenden Messstrom zur Verfügung stellen zu können, wird dieser bevorzugt aus einem von einem Mikrocontroller angesteuerten Referenzstromtreiber gewonnen. Dieser Messstrom wird dann bei dem ausgeschalteten Laststrom wie oben erörtert, durch das Heizelement geleitet. Der Messtrom ist bei der Mehrzahl der erfindungsgemäßen Ausführungsformen deutlich geringer als der Laststrom und beträgt nur 300 mA bis 1000 mA. Bei großen Heizleistungen kann er auch über diesen Beträgen liegen. Gleichwohl ist bei derart kleinen Messströmen auch ein relativ kleiner Referenzstromtreiber einsetzbar.
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Um den Laststrom bei dieser Variante des intermittierenden Betriebes rasch abschalten zu können und somit eine unmittelbare Aufnahme des Messbetriebes zu ermöglichen, werden vorteilhaft elektronische Leistungsschalter zum Beispiel in Form von Mosfets verwendet. Bei höheren Strömen kann es hier zu nicht unerheblichen Verlustleistungen kommen. Um auch dieses zu kompensieren, wird vorgeschlagen, die Mosfets an einem von dem Fluid durchströmten Kühlkörper vor dem Heizelement anzuordnen und somit die auftretende Verlustleistung zugleich auch mit zum Erwärmen des Fluides zu nutzen.
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Eine zweite Alternative kann dann Anwendung finden, wenn auch eine kurzfristige Abschaltung für einen intermittierenden Betrieb nicht gewünscht wird oder diese nicht zulässig ist. Diese zweite Alternative besteht darin, dass die Messung nicht intermittierend erfolgt beziehungsweise nicht bei abgeschaltetem Laststrom, sondern bei einem unter Last bestromten Heizelement. Bei dieser Variante wird die Versorgungsspannung des Heizelementes von der Gerätesteuerung ermittelt und der Strom durch das Heizelement anhand eines Spannungsabfalls an einem in dem Stromkreis eingefügten Shuntwiderstand ermittelt.
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Aus diesen beiden Messgrößen wird in der Gerätesteuerung der Widerstand des Heizelementes errechnet.
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Eine Modifizierung dieser Möglichkeit besteht darin, eine Strommessung insbesondere bei großen Strömen induktiv auszuführen, also ohne den eingefügten Shuntwiderstand.
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Eine Ermittlung der Messspannung kann auch mittels einer Wheatstoneschen Brücke erfolgen. Anschließend kann der so ermittelte Widerstand mit den in der Gerätesteuerung abgelegten Werten verglichen und in eine Temperatur umgerechnet werden. Wenn die so ermittelte Temperatur des Heizelementes kleiner als die vom Nutzer gewünschte oder in der Gerätesteuerung aufgrund eines automatisch ablaufenden Programmes vorgegebene Temperatur ist, so wird der Heizvorgang in der als sinnvoll von der Gerätesteuerung erkannten Weise fortgesetzt und nach einer definierten Zeit der Messvorgang erneut durchgeführt.
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Befindet sich der Widerstand in der Nähe eines Sollwertes, kann auch eine Leistungsmodulation der Heizung erfolgen. Dadurch kann die Temperatur recht exakt auf einem Vorgabewert gehalten werden. Dies ist insbesondere genauer möglich, als es mit einem einfachen Einschalten und Ausschalten des Heizelementes möglich wäre.
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Erfindungsgemäß wird also eine direkte Temperatursteuerung des Heizelementes, insbesondere also eins Heizdrahtes, möglich.
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Die erfindungsgemäße Konzeption ist durch einfache Modifikationen an verschiedene Ausführungsformen anpassbar, beispielsweise an andere Längen der Heizelemente oder an anders angeordnete Heizelemente in den Leitungselementen.
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An das Heizelement werden auch keine hohen Anforderungen gestellt; lediglich die möglichst eindeutige Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur ist relevant.
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Es ist daher möglich, das Heizelement einfach aus einem Draht in einer Leitung aufzubauen oder es als Wendel oder auch in Schichttechnik auszuführen.
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Grundsätzlich wäre auch der Einsatz von NTC-Heizelementen möglich.
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Die erfindungsgemäß mögliche Steuerung kann weiter verbessert werden, wenn zusätzliche Messwerte berücksichtigt werden. So können weitere und zusätzliche Temperatursensoren eingesetzt werden und den erfindungsgemäß ermittelten Temperaturwert modifizieren oder auch seine Kalibrierung unterstützen. Auch eine räumliche Ermittlung der aktuellen Temperaturwerte kann auf diese Weise unterstützt werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Massenstromerfassung einzusetzen und deren Werte zusätzlich für die Steuerung zu nutzen.
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Die Erfindung ist in der Lage auch variable Massenströme zu berücksichtigen. Die Zufuhr gerade von Dieseltreibstoff oder auch anderen Treibstoffen zu einem Motor kann sich zeitabhängig durchaus ändern, was herkömmlich zu Schwierigkeiten bei der entsprechenden Erwärmung dieser Treibstoffe führt. Erfindungsgemäß stellt dies jedoch gerade kein Problem mehr dar, da aktuelle Temperaturwerte aus den Widerstandswerten ermittelt werden können und somit der Unterschied der Werte eines variierenden Massenstroms direkt erfasst wird.
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Die Gerätesteuerung kann ebenfalls berücksichtigen, dass aufgrund anderer, sich ändernder äußerer Umstände andere Temperaturwerte gewünscht werden. Diese können direkt über die Gerätesteuerung in die Heizelemente eingebracht werden und die Effekte, die dadurch auftreten, werden wiederum aktuell mittels der Sensoreinrichtung aus den Widerstandswerten entnommen und der Gerätesteuerung zugeführt, die dann wiederum korrigierend eingreifen kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass diese auch nachträglich in vorhandene Anlagen installierbar ist, beispielsweise nachträglich in eine schon vorhandene Kraftstoffleitung. Die Formen sind sehr frei wählbar und an die Anforderungen anpassbar.
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Die Erfindung ist insbesondere für die Aufheizung von Kraftstoffen bei der Zufuhr zu Motoren mit großem Nutzen einsetzbar.
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Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil gerade bei der Verwendung etwa von alternativen Kraftstoffen mit den sehr speziellen Randbedingungen, die für deren Verarbeitung genutzt werden müssen, in sehr kurzer Zeit Leitungen, Filter und gegebenenfalls auch Einspritzkomponenten erwärmt werden müssen, um den Start und die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
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Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen sind in den beigefügten Unteransprüchen und in der Zeichnung sowie der folgenden Figurenbeschreibung ersichtlich.
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Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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In der 1 sieht man eine rein schematische Übersicht über eine Ausführungsform der Erfindung. Es kann sich um ein Leitungselement 10 handeln, das für die Zufuhr von Diesel oder alternativen Treibstoffen zu einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist. Es kann sich aber auch um eine andere Leitung für die Zufuhr von Fluiden 11 handeln.
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Die Fluide 11 können Flüssigkeiten oder auch Gase sein, auch Mischungen und andere strömende beziehungsweise fließfähige Stoffe sind möglich.
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Das in der Leitung 10 strömende Fluid soll nun zur weiteren Behandlung angewärmt werden. Im Falle eines Treibstoffes ist dies häufig gewünscht, um die Fließ- und Filterfähigkeit des Treibstoffs vor dem Eintreten in den Verbrennungsmotor zu verbessern. Hierfür ist ein Heizelement 20 vorgesehen, das im vorliegenden Falle als eine Heizwendel, also ein spiralförmiger aufgewickelter Heizdraht, dargestellt ist. Es sind aber auch andere Möglichkeiten für die Heizelemente 20 vorsehbar.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Heizelement 20 in der Wandung der Leitung 10 angeordnet, denkbar ist aber auch eine Anordnung auf der Innenwandung, oder außen auf der Wandung oder auch frei in der Leitung 10, je nach Ausführungsform und zu transportierendem Fluid 11.
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Das Heizelement 20 wird von einer Versorgungsspannung 30 über einen Leistungsschalter 31 mit Energie versorgt. Der Leistungsschalter 31 wird dabei über eine Gerätesteuerung 40 an- und ausgeschaltet oder in seiner Größe gesteuert.
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Man sieht, dass das Heizelement 20 neben der Versorgungsspannung 30 auf der anderen Seiten auch geerdet, also an eine Masse 50 angeschlossen ist.
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Das Heizelement 20 besteht aus einem Material, bei dem der elektrische Widerstand von der Temperatur des Heizelements 20 abhängt.
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Diese Eigenschaft wird nun genutzt. Die Gerätesteuerung 40 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Konstantstromquelle 41 auf. Diese wird mit Steuersignalen 42 beaufschlagt und legt dann kurzfristig eine Messspannung an dem Heizelement 20 an beziehungsweise lässt einen Messstrom durch dieses Heizelement 20 hindurchfließen.
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Für diesen Zeitraum wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch ein weiteres Steuersignal 42 der Gerätesteuerung 40 der Leistungsschalter 31 so betätigt, dass er die Versorgungsspannung 30 von dem Heizelement 20 trennt.
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Das bedeutet, dass der aktuelle Widerstand des Heizelementes 20 durch eine Messspannung 43 festgestellt werden kann, die nun wiederum der Gerätesteuerung 40 zugeführt wird. Die Gerätesteuerung 40 ermittelt aus dieser Messspannung 43 und den ihr bekannten Werten der Konstantstromquelle 41 die aktuelle Temperatur des Heizelements 20 aus einer in ihr hinterlegten Kennlinie des temperaturabhängigen Widerstandes des Heizelementes 20.
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Abhängig von diesen Werten schaltet die Gerätesteuerung 40 dann wieder die den Leistungsschalter 31 ein beziehungsweise regelt die Menge an Energie, die im weiteren Verlauf von der Versorgungsspannung 30 dem Heizelement 20 zugeführt wird.
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Für den Fall, dass die Massen 50 des Heizelementes 20 und der Gerätesteuerung 40 verbindbar sind, wird eine gemeinsame Masseverbindung 51 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leitung
- 11
- Fluid
- 20
- Heizelement
- 30
- Versorgungsspannung
- 31
- Leistungsschalter
- 40
- Gerätesteuerung
- 41
- Konstantstromquelle
- 42
- Steuersignal
- 43
- Messspannung
- 50
- Masse
- 51
- gemeinsame Masseverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3411965 C2 [0003]
- DE 102005029921 A1 [0004]
- DE 102006032698 A1 [0005]
- US 4477175 [0006]
