DE102020207875A1 - Electric heating arrangement and electric heating device with such a heating arrangement - Google Patents

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Abstract

Es wird eine elektrische Heizanordnung (2) mit zumindest einem, auf einem Substrat (14) flächig in Mäanderform angeordneten Widerstandsheizleiter (10) beschrieben, bei der über der von dem Widerstandsheizleiter (10) bedeckten Substratfläche (14) eine Fokussiereinrichtung sowie ein, im Fokus der Fokussiereinrichtung angeordneter Infrarotsensor (20) angeordnet ist.An electrical heating arrangement (2) is described with at least one resistance heating conductor (10) arranged flatly in a meander shape on a substrate (14), in which, above the substrate area (14) covered by the resistance heating conductor (10), a focusing device and a, in focus the focusing device arranged infrared sensor (20) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizanordnung mit zumindest einem, auf einem Substrat flächig in Mäanderform angeordneten Widerstandsheizleiter. Sie betrifft außerdem eine elektrische Heizvorrichtung mit einer solchen Heizanordnung.The invention relates to an electrical heating arrangement with at least one resistance heating conductor arranged flat on a substrate in a meandering shape. It also relates to an electrical heating device with such a heating arrangement.

Eine solche elektrische Heizanordnung ist aus der DE 10 2011 057 108 A1 bekannt. Die dortige elektrische Fahrzeugheizanordnung weist einen elektrischen Widerstandsheizleiter auf, der an einer elektrischen Spannungsversorgung angeschlossen ist. Die elektrische Fahrzeugheizvorrichtung kann eine Mehrzahl solcher elektrischer Widerstandsheizleiter aufweisen. Ein elektrischer Widerstandsheizleiter ist ein ohmsches Heizelement, das elektrische Leistung unmittelbar in Heizleistung umwandelt. Der Widerstandsheizleiter der DE 10 2011 057 108 A1 ist als ein Hochvolt-Widerstandsheizleiter ausgebildet, der für einen Gleichspannungsbetrieb mit einer Versorgungsspannung größer als 100 Volt, bevorzugt größer als 150 Volt, insbesondere in einem Bereich zwischen 200 Volt bis 1.000 Volt, ausgelegt ist. Eine entsprechend hohe Gleichspannung wird im Betrieb der Fahrzeugheizvorrichtung durch die Spannungsversorgung, die insbesondere durch das Bordnetz eines zugehörigen Kraftfahrzeuges gebildet wird, angelegt.Such an electrical heating arrangement is from DE 10 2011 057 108 A1 known. The electrical vehicle heating arrangement there has an electrical resistance heating conductor which is connected to an electrical voltage supply. The electrical vehicle heating device can have a plurality of such electrical resistance heating conductors. An electrical resistance heating conductor is an ohmic heating element that converts electrical power directly into heating power. The resistance heating conductor of the DE 10 2011 057 108 A1 is designed as a high-voltage resistance heating conductor, which is designed for direct voltage operation with a supply voltage greater than 100 volts, preferably greater than 150 volts, in particular in a range between 200 volts and 1,000 volts. A correspondingly high DC voltage is applied during operation of the vehicle heating device by the voltage supply, which is formed in particular by the on-board network of an associated motor vehicle.

Der Widerstandsheizleiter kann auf einer ebenen Oberfläche eines Substrats ausgebildet sein. Das Substrat weist einen integral ausgebildeten Wärmetauscher auf, der zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium ausgebildet ist. Das zu erwärmende Medium wird insbesondere durch die Flüssigkeit eines, innerhalb des jeweiligen Kraftfahrzeuges vorgesehenen Flüssigkeitskreislaufs (z.B. Kühlwasserkreislauf bzw. Kühlmittelkreislauf) gebildet. Der Wärmetauscher weist eine Oberfläche auf, die zur Wärmeübertragung unmittelbar mit dem zu erwärmenden Medium in Verbindung steht. Die Oberfläche des Wärmetauschers kann mit einer Mehrzahl von Rippen bzw. Vorsprüngen versehen sein, um einen verbesserten Wärmeübergang auf das zu erwärmende Medium zu erzielen. Das Substrat (einschließlich des Wärmetauschers) ist aus einem Metall (z.B. Aluminium, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung) gebildet, so dass eine gute Wärmeleitung von dem Widerstandsheizleiter auf das Medium gewährleistet wird.The resistance heating conductor can be formed on a flat surface of a substrate. The substrate has an integrally formed heat exchanger which is designed to transfer heat to a medium to be heated. The medium to be heated is formed in particular by the liquid of a liquid circuit provided within the respective motor vehicle (e.g. cooling water circuit or coolant circuit). The heat exchanger has a surface that is directly connected to the medium to be heated for heat transfer. The surface of the heat exchanger can be provided with a plurality of ribs or projections in order to achieve an improved heat transfer to the medium to be heated. The substrate (including the heat exchanger) is made of a metal (e.g. aluminum, copper, an aluminum alloy or a copper alloy) so that good heat conduction from the resistance heating conductor to the medium is ensured.

Das Substrat ist an der Oberfläche, auf welcher der Widerstandsheizleiter vorgesehen ist, flächig mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht aus Aluminiumoxid überzogen. Die Deckschicht kann mittels eines Spritzverfahrens auf die Oberfläche aufgetragen sein. Die Deckschicht weist eine (für einen elektrischen Isolator) vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Auf diese Deckschicht ist wiederum mittels einer Beschichtungstechnik eine elektrisch leitende Widerstandsheizschicht, welche den Widerstandsheizleiter bildet, aufgebracht, die als eine mäanderförmige Leiterbahn strukturiert ist. Die Widerstandsheizschicht ist als eine Dünnschicht ausgebildet. Diese kann z.B. mittels eines Verfahrens (z.B. Spritzverfahren) hergestellt sein, wie es in der EP 1 459 332 B1 beschrieben ist. Die Widerstandsheizschicht ist derart ausgestaltet, dass an diese eine elektrische Spannung (der Spannungsversorgung) anlegbar ist, um elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Die Widerstandsheizschicht ist deckseitig wiederum mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht aus Aluminiumoxid versehen, die ebenfalls mittels einer Beschichtungstechnik aufgebracht ist. Dabei ist die Deckschicht derart ausgebildet, dass auch der Zwischenraum zwischen der mäanderförmig verlaufenden Leiterbahn vollständig durch das Material der Deckschicht aufgefüllt ist, so dass eine ebene Oberfläche erhalten wird. Die Substrat-Widerstandsheizleiter-Anordnung, welche das Substrat, die Widerstandsheizschicht sowie die Deckschichten aufweist, bildet eine kompakt ausgeführte, zusammenhängende Baugruppe. Eine solche Baugruppe ist schematisch in der 1 dargestellt.On the surface on which the resistance heating conductor is provided, the substrate is coated flat with an electrically insulating cover layer made of aluminum oxide. The top layer can be applied to the surface by means of a spraying process. The cover layer has a comparatively high thermal conductivity (for an electrical insulator). An electrically conductive resistance heating layer, which forms the resistance heating conductor and is structured as a meandering conductor track, is in turn applied to this cover layer by means of a coating technique. The resistance heating layer is designed as a thin layer. This can be produced, for example, by means of a process (eg spraying process), as described in FIG EP 1 459 332 B1 is described. The resistance heating layer is designed in such a way that an electrical voltage (of the voltage supply) can be applied to it in order to convert electrical energy into thermal energy. The resistance heating layer is in turn provided on the top side with an electrically insulating cover layer made of aluminum oxide, which is also applied by means of a coating technique. The cover layer is designed in such a way that the space between the meandering conductor track is completely filled by the material of the cover layer, so that a flat surface is obtained. The substrate resistance heating conductor arrangement, which has the substrate, the resistance heating layer and the cover layers, forms a compact, cohesive assembly. Such an assembly is shown schematically in the 1 shown.

Einzelne Bereiche der Widerstandsheizleiter können aufgrund von Fertigungstoleranzen höhere Widerstandswerte aufweisen. In Kombination mit Alterungsvorgängen kann in solchen Bereichen eine gegenüber anderen Bereichen stärkere Erwärmung auftreten, was zu einer Überhitzung der elektrischen Heizanordnung führen kann.Individual areas of the resistance heating conductor can have higher resistance values due to manufacturing tolerances. In combination with aging processes, greater heating can occur in such areas than in other areas, which can lead to overheating of the electrical heating arrangement.

Eine Überhitzung der Heizanordnung kann zu deren Zerstörung aber auch zu einem Verlust der Isolation zwischen den Versorgungszuleitungen und dem Gehäuse führen, da solche Heizanordnungen nur eine begrenzten Betriebstemperaturbereich haben.Overheating of the heating arrangement can lead to its destruction but also to a loss of insulation between the supply lines and the housing, since such heating arrangements only have a limited operating temperature range.

Um eine Übertemperatur zu erkennen, kann ein Temperatursensor auf einem Widerstandsheizleiter angeordnet werden. Allerdings wird ein solcher Temperatursensor eine Überhitzung nur in einem begrenzten, ihn umgebenden Bereich detektieren können. Die Überhitzung kann in einem anderen Bereich erfolgen und daher vom Temperatursensor nicht oder zumindest nicht rechtzeitig erkannt werden.In order to detect excess temperature, a temperature sensor can be placed on a resistance heating conductor. However, such a temperature sensor will only be able to detect overheating in a limited area surrounding it. Overheating can occur in a different area and therefore cannot be detected by the temperature sensor, or at least not detected in time.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine elektrische Heizanordnung und eine elektrische Heizvorrichtung mit einer solchen Heizanordnung anzugeben, bei denen eine Übertemperatur im gesamten Bereich der Widerstandsheizleiter detektiert werden kann.It is therefore the object of the invention to specify an electrical heating arrangement and an electrical heating device with such a heating arrangement, in which an excess temperature can be detected in the entire area of the resistance heating conductor.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizanordnung mit zumindest einem, auf einem Substrat flächig in Mäanderform angeordneten Widerstandsheizleiter und mit einer über der von dem Widerstandsheizleiter bedeckten Substratfläche angeordneten Fokussiereinrichtung sowie einem, im Fokus der Fokussiereinrichtung angeordneten Infrarotsensor.The object is achieved by an electrical heating arrangement with at least one arranged flat on a substrate in a meandering shape Resistance heating conductor and having a focusing device arranged above the substrate surface covered by the resistance heating conductor and an infrared sensor arranged in the focus of the focusing device.

Hierdurch kann der gesamte, mit Widerstandsheizleitern bedeckte Bereich auf der Oberfläche des Substrats mit nur einem Sensorelement überwacht werden.As a result, the entire area covered with resistance heating conductors on the surface of the substrate can be monitored with just one sensor element.

In einer ersten Ausführungsform ist die Fokussiereinrichtung eine Linse. Wenn genügend Platz oberhalb der Substratfläche in dem Gehäuse ist, in dem die Heizanordnung oder eine gesamte Heizvorrichtung untergebracht ist, ist dies eine einfache und kostengünstige Variante.In a first embodiment, the focusing device is a lens. If there is enough space above the substrate surface in the housing in which the heating arrangement or an entire heating device is accommodated, this is a simple and inexpensive variant.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Fokussiereinrichtung ein Prisma.In a second embodiment, the focusing device is a prism.

Bei dieser Ausführung kann da Sensorelement seitlich oder gar auf dem Substrat angebracht werden, so dass weniger Bauhöhe erforderlich ist.In this embodiment, the sensor element can be attached to the side or even on the substrate, so that less overall height is required.

In einer Variante der zweiten Ausführungsform ist das Prisma ein Fresnel-Prisma.In a variant of the second embodiment, the prism is a Fresnel prism.

Hierdurch kann weitere Bauhöhe eingespart werden.This means that further overall height can be saved.

In einer dritten Ausführungsform ist die Fokussiereinrichtung ein Spiegel.In a third embodiment, the focusing device is a mirror.

Auch hierdurch kann Bauhöhe eingespart werden, außerdem kann in einer Weiterbildung der Spiegel in eine Abdeckung der Heizanordnung, beispielsweise in den Deckel eines Gehäuses integriert sein.This also makes it possible to save overall height; in addition, in a further development, the mirror can be integrated into a cover of the heating arrangement, for example into the cover of a housing.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine elektrische Heizvorrichtung mit einer elektrischen Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Substrat auf einem wärmeleitenden Fluidgehäuse mit einem Eingangs- und einem Ausgangsanschluss für ein zu erwärmendes Fluid angeordnet ist, mit einer Steuereinrichtung, die Versorgungsanschlüsse aufweist, die mit dem zumindest einen Widerstandsheizleiter zu dessen Stromversorgung verbunden sind, und die zumindest einen Eingangsanschluss aufweist, der mit dem Infrarotsensor verbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, ein Signal des Infrarotsensors mit einem vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und bei Überschreiten dieses Schwellwerts die Versorgung des zumindest einen Widerstandsheizleiters aufgrund einer Übertemperatur zu unterbrechen.The object is also achieved by an electrical heating device with an electrical heating arrangement according to one of Claims 1 to 6, in which the substrate is arranged on a thermally conductive fluid housing with an input and an output connection for a fluid to be heated, with a control device, the supply connections which are connected to the at least one resistance heating conductor for its power supply, and which has at least one input connection which is connected to the infrared sensor, and wherein the control device is set up to compare a signal of the infrared sensor with a predetermined threshold value and when this threshold value is exceeded to interrupt the supply of the at least one resistance heating conductor due to an overtemperature.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Heizanordnung eine Mehrzahl von Widerstandsheizleitern auf und die Steuereinrichtung ist eingerichtet, bei Überschreiten dieses Schwellwerts durch das Signal des Infrarotsensors die einzelnen Widerstandsheizleiter einzeln und sukzessive mit Energie zu versorgen, um festzustellen, welcher Widerstandsheizleiter eine Übertemperatur aufweist.In an advantageous development, the heating arrangement has a plurality of resistance heating conductors and the control device is set up to supply the individual resistance heating conductors individually and successively with energy when this threshold value is exceeded by the signal from the infrared sensor, in order to determine which resistance heating conductor has an excess temperature.

Da die erfindungsgemäße Fokussiereinrichtung die abgegeben Infrarotwärmeenergie quasi über die gesamte mit Widerstandsheizleitern bedeckte Substratoberfläche integriert, kann bei einem Betrieb aller Widerstandsheizleiter nur in allgemeiner Weise eine Übertemperatur festgestellt werden. Durch die sukzessive Versorgung der einzelnen Widerstandsheizleiter mit Energie, insbesondere, nachdem zuvor eine allgemeine Übertemperatur festgestellt wurde, kann nun der Herd der Übertemperatur näher eingekreist werden.Since the focusing device according to the invention integrates the emitted infrared heat energy almost over the entire substrate surface covered with resistance heating conductors, an excess temperature can only be determined in a general manner when all resistance heating conductors are in operation. By successively supplying the individual resistance heating elements with energy, in particular after a general excess temperature has previously been determined, the focus of the excess temperature can now be circled more closely.

Dabei kann in vorteilhafter Weise die Steuereinrichtung eingerichtet sein, den Schwellwert für das Signal des Infrarotsensors bei Versorgung von jeweils nur einem Widerstandsheizleiter an die geringere Wärmeenergie anzupassen.In this case, the control device can advantageously be set up to adapt the threshold value for the signal from the infrared sensor to the lower thermal energy when only one resistance heating conductor is supplied.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

  • 1 eine elektrische Heizvorrichtung nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ansteuervorrichtung für eine elektrische Heizvorrichtung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Heizanordnung,
  • 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Heizanordnung,
  • 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer elektrischen Heizanordnung, und
  • 6 eine schematische Darstellung einer Variante der dritten Ausführungsform einer elektrischen Heizanordnung.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with the aid of figures. Show it
  • 1 a state-of-the-art electrical heating device,
  • 2 a schematic representation of a control device for an electrical heating device,
  • 3 a schematic representation of a first embodiment of an electrical heating arrangement,
  • 4th a schematic representation of a second embodiment of an electrical heating arrangement,
  • 5 a schematic representation of a third embodiment of an electrical heating arrangement, and
  • 6th a schematic representation of a variant of the third embodiment of an electrical heating arrangement.

Die 1 zeigt in schematischer Weise eine elektrische Heizvorrichtung 1, die mit einer elektrischen Heizanordnung 2 und einer Steuereinrichtung 3 gebildet ist. Die Steuereinrichtung 3 wird dabei mit einer hohen Versorgungsspannung Vbat+ und einer niederen Versorgungsspannung Vbat- einer Batterie 4 versorgt. Die Batterie 4 ist eine Hochvoltbatterie und mit der Fahrzeug- oder Chassismasse GND verbunden. Die elektrische Heizanordnung 2 weist ein Substrat 14 auf, auf dem ein Widerstandsheizleiter 10 als elektrisch leitfähige, mäanderförmige Leitung angeordnet ist. In der schematischen Darstellung der 1 ist nur ein Widerstandsheizleiter 10 angedeutet, es können jedoch auch mehrere solche mäanderförmige Widerstandsheizleiter 10 nebeneinander oder auch in Matrixanordnung vorgesehen sein. Der oder die Widerstandsheizleiter 10 sind mit Versorgungsleitungen 7 verbunden, wie dies in der 2 näher dargestellt ist, die ihrerseits mit der Steuereinrichtung 3 zur Versorgung der Widerstandsheizleiter 10 mit Energie verbunden sind. Das Substrat 14 ist, wie der 2 zu entnehmen ist über ein thermisch leitendes Verbindungsmaterial mit einem Fluidgehäuse 16 verbunden, bzw. auf diesen angeordnet, welches einen Eingangsanschluss 5 und einen Ausgangsanschluss 6 für ein Fluid 17 aufweist. Dass das Fluidgehäuse 16 durchströmende Fluid 17 wird aufgrund der Erwärmung durch die Widerstandsheizleiter 10 erwärmt und soll zur Temperierung der Batterie 4 dienen. the 1 shows in a schematic manner an electrical heating device 1 that come with an electric heater assembly 2 and a control device 3 is formed. The control device 3 is a battery with a high supply voltage Vbat + and a low supply voltage Vbat- 4th provided. The battery 4th is a high-voltage battery and is connected to the vehicle or chassis ground GND. The electric heater assembly 2 has a substrate 14th on which a resistance heating conductor 10 as an electrically conductive, meandering line is arranged. In the schematic representation of the 1 is just a resistance heating conductor 10 indicated, but there can also be several such meander-shaped resistance heating conductors 10 be provided next to one another or in a matrix arrangement. The resistance heating conductor (s) 10 are with supply lines 7th connected, like this in the 2 is shown in more detail, which in turn with the control device 3 to supply the resistance heating conductor 10 are connected to energy. The substrate 14th is again 2 can be seen on a thermally conductive connecting material with a fluid housing 16 connected, or arranged on these, which has an input connection 5 and an output terminal 6th for a fluid 17th having. That the fluid housing 16 flowing fluid 17th is due to the heating by the resistance heating conductor 10 heated and should be used to control the temperature of the battery 4th serve.

Im Fluidgehäuse 16 sind Finnen 18 ausgebildet, die einen besseren Wärmeübergang von den Widerstandsheizleitern 10 zum Fluid 17 gewährleisten sollen.In the fluid housing 16 are Finns 18th designed that a better heat transfer from the resistance heating conductors 10 to the fluid 17th to ensure.

Auf dem Substrat 14 oder am Fluidgehäuse 16 im Bereich der Einlassöffnung 5 ist ein erster Temperatursensor 11 und im Bereich des Ausgangsanschlusses 6 des Fluidgehäuses 16 ein zweiter Temperatursensor 12 angeordnet. Auf dem Substrat 14 kann ein dritter Temperatursensor 13 angeordnet sein. Die Temperatursensoren 11, 12, 13 sind über einen oder mehrere Signalleitungen 8 mit dem Steuergerät 3 verbunden, welches ausgebildet ist, aufgrund der mitgeteilten Temperatur die Energiezufuhr zu den Widerstandsheizleitern 10 zu regeln, so dass das Fluid 17 eine gewünschte Temperatur annimmt.On the substrate 14th or on the fluid housing 16 in the area of the inlet opening 5 is a first temperature sensor 11th and in the area of the output connection 6th of the fluid housing 16 a second temperature sensor 12th arranged. On the substrate 14th can be a third temperature sensor 13th be arranged. The temperature sensors 11th , 12th , 13th are via one or more signal lines 8th with the control unit 3 connected, which is designed, due to the notified temperature, the energy supply to the resistance heating elements 10 to regulate so that the fluid 17th assumes a desired temperature.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen aber auch aufgrund von Alterungserscheinungen können der oder die Widerstandsheizleiter 10 in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Widerstände annehmen, so dass die Temperaturverteilung auf dem Substrat 14 ungleichmäßig ist und es daher zu lokalen Überhitzungen kommen kann. Wenn dies nicht in der Nähe eines Temperatursensors 11, 12, 13 erfolgt ist es denkbar, dass dies nicht detektiert wird und die Überhitzung über eine zu lange Zeit erfolgt, so dass der Widerstandsheizleiter 10 beschädigt oder gar zerstört wird, was zu einem Totalausfall führen kann.Due to manufacturing tolerances but also due to aging phenomena, the resistance heating conductor (s) 10 Assume different resistances in different areas, so that the temperature distribution on the substrate 14th is uneven and therefore local overheating can occur. If this is not near a temperature sensor 11th , 12th , 13th takes place, it is conceivable that this is not detected and the overheating takes place for too long, so that the resistance heating conductor 10 damaged or even destroyed, which can lead to a total failure.

In erfindungsgemäßer Weise ist daher über der mit Widerstandsheizleitern 10 bedeckten Oberfläche des Substrats 14 eine Fokussiereinrichtung vorgesehen, die die aufgrund der erzeugten Wärme abgestrahlte Infrarotstrahlung auf eine Infrarotsensor 20 fokussiert. Der Infrarotsensor 20 kann dabei in gleicher Weise wie die anderen Temperatursensoren 11, 12, 13 seine Werte über die Signalleitung 8, die insbesondere als digitale serielle Signalleitung ausgebildet ist, an das Steuergerät 3 übertragen.In the manner according to the invention, it is therefore above that with resistance heating conductors 10 covered surface of the substrate 14th a focusing device is provided which directs the infrared radiation emitted due to the generated heat to an infrared sensor 20th focused. The infrared sensor 20th can do the same as the other temperature sensors 11th , 12th , 13th its values over the signal line 8th , which is designed in particular as a digital serial signal line, to the control unit 3 transfer.

Die Fokussiereinrichtung kann dabei mehrere Formen annehmen, die in den 3 bis 6 in schematischer Weise dargestellt sind. Die 3 bis 6 zeigen jeweils die elektrische Heizanordnung 2 mit dem Substrat 14 und darauf angeordneten Widerstandsheizleitern 10. In der 3 ist als Fokussiereinrichtung eine Linse 19 vorgesehen, die die Infrarotstrahlung der Widerstandsheizleiter 10 auf den Infrarotsensor 20 fokussiert.The focusing device can take several forms, which are shown in the 3 until 6th are shown in a schematic manner. the 3 until 6th each show the electrical heating arrangement 2 with the substrate 14th and resistance heating conductors arranged thereon 10 . In the 3 is a lens as a focusing device 19th provided that the infrared radiation of the resistance heating conductor 10 on the infrared sensor 20th focused.

Falls keine ausreichende Bauhöhe in dem Gehäuse, in dem die elektrische Heizanordnung 2 angeordnet ist, vorhanden ist, kann es von Vorteil sein, statt der Linse 19 einen Spiegel 21, wie er in der 4 angedeutet ist, zu verwenden, der in besonders vorteilhafter Weise auch als Teil des Gehäusedeckels ausgebildet sein kann. Hier wird die Infrarotstrahlung über den Spiegel 21 zur Seite oder möglicherweise auch zurück auf die Substratoberfläche reflektiert, wodurch eine nur geringe Bauhöhe erreicht wird. Ein gleicher Vorteil kann auch mit dem Prisma 22 der 5 erreicht werden oder mit einem Fresnelprisma 23, wie es in der 6 angedeutet ist.If there is insufficient overall height in the housing in which the electrical heating arrangement 2 is arranged, is present, it may be advantageous instead of the lens 19th a mirror 21 like him in the 4th is indicated to be used, which can also be designed in a particularly advantageous manner as part of the housing cover. Here the infrared radiation goes through the mirror 21 reflected to the side or possibly also back onto the substrate surface, whereby only a small overall height is achieved. The same advantage can also be achieved with the prism 22nd the 5 can be achieved or with a Fresnel prism 23 as it is in the 6th is indicated.

Durch die dargestellten Fokussiereinrichtungen der 3 bis 6 ist es also möglich die gesamte Infrarotstrahlung, die aufgrund der Wärmeentwicklung durch die Widerstandsheizleiter 10 auf der Substratoberfläche entsteht auf einen einzigen Infrarotsensor 20 zu fokussieren, wobei die Steuereinrichtung 3 den an sie übermittelten Temperaturwert mit einem Schwellwert vergleichen kann und somit erkennen kann, dass eine Übertemperatur vorliegt.The illustrated focusing devices of the 3 until 6th It is therefore possible to use the entire infrared radiation, which is due to the heat generated by the resistance heating conductor 10 a single infrared sensor is created on the substrate surface 20th to focus, the control device 3 can compare the temperature value transmitted to it with a threshold value and thus recognize that there is an excess temperature.

Allerdings ist es hierdurch noch nicht möglich, festzustellen welcher von mehreren Widerstandsheizleitern 10 die Übertemperatur aufweist. Die Steuereinrichtung 3 ist daher in vorteilhafterweise ausgebildet bei Erkennen der Übertemperatur im gesamten Bereich des Substrats 14 die einzelnen Widerstandsheizleiter 10 sukzessive mit Energie zu versorgen und auf diese Weise denjenigen oder diejenigen der Widerstandsheizleiter 10 aufzumachen, die eine Übertemperatur erzeugen. Da bei einer Beaufschlagung mit Energie nur eines einzigen Widerstandsheizleiters auch nur eine geringere Infrarotenergie abgestrahlt wird, ist die Steuereinrichtung 3 ausgebildet, den Schwellwert zum Vergleich mit der übermittelten Infrarotenergie entsprechend anzupassen. Die Werte für die Schwellwerte können in Experimenten ermittelt werden und in der Steuereinheit abgespeichert sein.However, this does not yet make it possible to determine which of several resistance heating conductors 10 the overtemperature. The control device 3 is therefore advantageously designed when the excess temperature is detected in the entire area of the substrate 14th the individual resistance heating elements 10 to supply successively with energy and in this way those or those of the resistance heating elements 10 to open, which create an overtemperature. Since when energy is applied to only a single resistance heating conductor, only a small amount of infrared energy is emitted, the control device is 3 designed to adapt the threshold value accordingly for comparison with the transmitted infrared energy. The values for the threshold values can be determined in experiments and stored in the control unit.

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  • EP 1459332 B1 [0004]EP 1459332 B1 [0004]

Claims (9)

Elektrische Heizanordnung (2) mit zumindest einem, auf einem Substrat (14) flächig in Mäanderform angeordneten Widerstandsheizleiter (10) und mit einer über der von dem Widerstandsheizleiter (10) bedeckten Substratfläche (14) angeordneten Fokussiereinrichtung sowie einem, im Fokus der Fokussiereinrichtung angeordneten Infrarotsensor (20).Electrical heating arrangement (2) with at least one resistance heating conductor (10) and arranged flat on a substrate (14) in a meandering shape with a focusing device arranged above the substrate surface (14) covered by the resistance heating conductor (10) and an infrared sensor (20) arranged in the focus of the focusing device. Elektrische Heizanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der die Fokussiereinrichtung eine Linse (19) ist.Electric heating arrangement (2) according to Claim 1 in which the focusing device is a lens (19). Elektrische Heizanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der die Fokussiereinrichtung ein Prisma (22) ist.Electric heating arrangement (2) according to Claim 1 , in which the focusing device is a prism (22). Elektrische Heizanordnung (2) nach Anspruch 3, bei der das Prisma (22) ein Fresnel-Prisma (23) ist.Electric heating arrangement (2) according to Claim 3 , in which the prism (22) is a Fresnel prism (23). Elektrische Heizanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der die Fokussiereinrichtung ein Spiegel (21) ist.Electric heating arrangement (2) according to Claim 1 , in which the focusing device is a mirror (21). Elektrische Heizanordnung (2) nach Anspruch 5, bei der der Spiegel (21) in eine Abdeckung der Heizanordnung (2) integriert ist.Electric heating arrangement (2) according to Claim 5 , in which the mirror (21) is integrated into a cover of the heating arrangement (2). Elektrische Heizvorrichtung (1) mit einer elektrischen Heizanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Substrat (14) auf einem wärmeleitenden Fluidgehäuse (16) mit einem Eingangs- (5) und einem Ausgangsanschluss (6) für ein zu erwärmendes Fluid (17) angeordnet ist, mit einer Steuereinrichtung (3), die Versorgungsanschlüsse (7) aufweist, die mit dem zumindest einen Widerstandsheizleiter (10) zu dessen Stromversorgung verbunden sind, und die zumindest einen Eingangsanschluss aufweist, der mit dem Infrarotsensor (20) verbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, ein Signal des Infrarotsensors (20) mit einem vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und bei Überschreiten dieses Schwellwerts die Versorgung des zumindest einen Widerstandsheizleiters (10) aufgrund einer Übertemperatur zu unterbrechen.Electric heating device (1) with an electric heating arrangement (2) according to one of the Claims 1 until 6th , in which the substrate (14) is arranged on a thermally conductive fluid housing (16) with an input (5) and an output connection (6) for a fluid (17) to be heated, with a control device (3), the supply connections (7 ), which are connected to the at least one resistance heating conductor (10) for its power supply, and which has at least one input connection which is connected to the infrared sensor (20), and wherein the control device (3) is set up to transmit a signal from the infrared sensor ( 20) to be compared with a predetermined threshold value and, if this threshold value is exceeded, the supply of the at least one resistance heating conductor (10) to be interrupted due to an excess temperature. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei der die Heizanordnung (2) eine Mehrzahl von Widerstandsheizleitern (10) aufweist und bei der die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, bei Überschreiten dieses Schwellwerts durch das Signal des Infrarotsensors (20) die einzelnen Widerstandsheizleiter (10) einzeln und sukzessive mit Energie zu versorgen, um festzustellen, welcher Widerstandsheizleiter (10) eine Übertemperatur aufweist.Electric heater (1) according to Claim 7 , in which the heating arrangement (2) has a plurality of resistance heating conductors (10) and in which the control device (3) is set up to energize the individual resistance heating conductors (10) individually and successively when the signal from the infrared sensor (20) exceeds this threshold value to be supplied to determine which resistance heating element (10) has an overtemperature. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei der die Steuereinrichtung (3) eingerichtet ist, den Schwellwert für das Signal des Infrarotsensors (20) bei Versorgung von jeweils nur einem Widerstandsheizleiter (10) an die geringere Wärmeenergie anzupassen.Electric heater (1) according to Claim 8 , in which the control device (3) is set up to adapt the threshold value for the signal from the infrared sensor (20) to the lower thermal energy when only one resistance heating conductor (10) is supplied.
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