EP2082467A1 - Method for protecting a heating element, and heating device - Google Patents

Method for protecting a heating element, and heating device

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Publication number
EP2082467A1
EP2082467A1 EP07821443A EP07821443A EP2082467A1 EP 2082467 A1 EP2082467 A1 EP 2082467A1 EP 07821443 A EP07821443 A EP 07821443A EP 07821443 A EP07821443 A EP 07821443A EP 2082467 A1 EP2082467 A1 EP 2082467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
voltage
limit value
heating
heating device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07821443A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Georg Rosenbauer
Peter Schweier
Franz-Josef Wagner
Christian Wirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2082467A1 publication Critical patent/EP2082467A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/042—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using temperature dependent resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0269—For heating of fluids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J27/00—Cooking-vessels
    • A47J27/21—Water-boiling vessels, e.g. kettles
    • A47J27/21008—Water-boiling vessels, e.g. kettles electrically heated
    • A47J27/21058—Control devices to avoid overheating, i.e. "dry" boiling, or to detect boiling of the water
    • A47J27/21091—Control devices to avoid overheating, i.e. "dry" boiling, or to detect boiling of the water of electronic type

Definitions

  • the invention relates to a method for protecting a heating element with at least one voltage tap against overheating. Furthermore, the invention relates to a heating device and a water-conducting household appliance with such a heater.
  • Heaters with an electrically operated resistance heating element require protection against overheating, especially when used in water-bearing domestic appliances, such as e.g. Kettle, coffee machines, dishwashers or washing machines are used.
  • To protect against overheating is provided that during heating operation by measuring the heating current and - voltage of the heater resistance is determined and a shutdown of the heating takes place when a fixed limit is exceeded.
  • this requires a very accurate and long-term stable measurement of heating current and voltage.
  • the heating resistors used for the production may have only a small specimen scattering in order to realize a current measuring device with the required accuracy.
  • problematic are critical partial overheating with relatively small area expansion, which can also lead to destruction of the heating element. You can not be distinguished from uncritical, large-scale warming.
  • the object of the invention is achieved by a method for protecting a heating element with at least one voltage tap against overheating, with the following steps: - determining a heater element limit,
  • the method according to the invention uses, by means of a heating element with at least one voltage tap, further characteristic values of the heating element to be detected and used for the evaluation.
  • the detection of the heating element value and of the at least one voltage pick-off value which takes place continuously or at a predetermined sampling frequency, allows even partial overheating to be reliably detected. Furthermore, the method eliminates the influence of specimen scattering.
  • At least one resistance value is used to determine the limit value.
  • This may be the resistance value of the heating element, which is determined by means of a monitoring device from the electric current flowing through the heating element and the voltage drop across the heating element. This resistance value is then monitored and compared with the previously determined and stored Schutgrenzwert continuously or at a predetermined sampling frequency during operation, wherein when the determined Schuelementgrenzives exceeds the heating element is deactivated.
  • the conductance may be used instead of using a resistance value.
  • At least one stress ratio is used for determining the limit value.
  • the voltage ratio is the ratio of the voltage drop across the at least one voltage tap and the voltage drop across the heating element. If a plurality of voltage taps are provided on the heating element, a corresponding number of voltage ratios in relation to the voltage drop at the heating element are determined in accordance with the number of voltage taps.
  • the respective voltages dropping across the voltage taps are detected by means of the Monitoring devices detected continuously or at a predetermined sampling frequency and compared with predetermined voltage tap limit values. As soon as a value exceeds a predetermined voltage tap limit, the heating element is deactivated.
  • the heater takes place in an initialization step. That is, the heater is heated in the new state in the manufacturing during the initialization step and a self-adjustment takes place, in which the electrical current through the heating element, the voltage drop across the heating element and the voltage drops across the voltage drops detected electrical voltages.
  • the values determined from these measured values become the corresponding limit values, i. the Schuelementgrenzwert and the at least onechrosabgriffsgrenzwert, formed and stored. In this case, a multiplication with a correction factor can be provided to increase the security.
  • the monitoring device is switched to a monitoring mode in which only a continuous or with a predetermined sampling frequency detecting the Schuelementgrenzwertsund the at least onedersabgriffgrenzhongs and if a limit value is exceeded deactivating the heating element takes place.
  • the invention includes a heating device, at least comprising a heating element with at least one voltage tap and with a monitoring device for
  • the heating device is deactivated. This device allows it in a simple way
  • the at least one predetermined limit value is a resistance value which is detected by means of a current and voltage measurement.
  • This may be, for example, the heating element limit value of the heating element of the heating device.
  • the corresponding conductance can also be used.
  • the at least one predetermined limit value is a voltage ratio that is formed from the electrical voltage falling on the heating element and the voltage drop across the at least one voltage tap.
  • the predefined limit value may, for example, be the at least one voltage threshold limit value.
  • the heating device has current measuring means for detecting the electric current flowing through the heating element so as to determine the resistance value of the heating element.
  • the current measurement is done by measuring a voltage drop via a shunt resistor.
  • the monitoring device has a memory in which the at least one predetermined limit value can be stored.
  • a memory in which the at least one predetermined limit value can be stored.
  • This allows, in an initialization process e.g. to detect a Schuelementgrenzwert and at least onepalsabgriffgrenzwert and to determine therefrom the respective limits, which can then be stored in the memory.
  • a microcontroller of a monitoring device After completion of the initialization process, a microcontroller of a monitoring device then has access to the stored limit value in order to be able to compare it with the heating element values detected continuously or at a predetermined sampling frequency and the at least one voltage tap value.
  • the invention includes a water-conducting household appliance, such. a kettle, a coffee machine, a dishwasher or a washing machine, which has at least one heating device according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a heating device according to the invention.
  • the heating device 2 has a heating element 4, which is an electric heating element in thick-film technology with a substantially elongated shape.
  • the heating element 4 has two voltage taps 6 in the present exemplary embodiment. Alternatively, however, a different number of voltage taps may be provided.
  • the heating device 2 has a connection 22 for supplying electrical energy, which flows through the heating element 4 when the relay switch 16 is closed.
  • a shunt resistor 10 is arranged, which serves to measure the current flowing through the heating element 4 electrical current.
  • the heater 2 includes a transducer unit 12, which serves to adapt the input voltage of the heating element 4, the voltage drop across the shunt resistor 10 and the voltage drops across the voltage taps 6.
  • the heating device 2 comprises a monitoring device 8, which has a microcontroller (not shown) and a memory (not shown).
  • the microcontroller is connected on the input side to the voltage converter unit 8 and is on the output side with a relay 14 in operative connection.
  • the monitoring device 8 is connected to a reference voltage source 20.
  • the voltage drop across the heating element 4 and the electrical current flowing through the heating element 4 is detected by means of the shunt resistor 10.
  • These values are adjusted by the transducer unit 12 of the monitoring device 8 with the microcontroller fed and determined from a limit value for the resistance value.
  • the metrologically determined limit value can be multiplied by a predetermined correction factor become. This value is then stored in memory as a predetermined Schuelementgrenzwert.
  • the values for the voltage drops at the voltage taps 6 are detected, adjusted by means of the transducer unit 12 and supplied to the monitoring unit 8 with the microcontroller. Subsequently, a voltage ratio based on the voltage drop across the heating element 4 is determined for each voltage tap 6 and stored in the memory asppsabgriffsgrenzhong, where also a multiplication with a predetermined correction factor can be provided. In addition, it is possible for the voltage ratio of the two voltage taps 6 to be formed and stored as a further limit value. This completes the initialization process.
  • the heating device 2 is again supplied with a voltage source connected to the terminal 22 with electrical energy, which causes a flowing through the heating element electrical current when the relay switch 16 is closed, which causes heating of the heating element 4.
  • the current flowing through the heating element 4 is detected by means of the shunt resistor 10 and the voltage drop across the heating element 4 by means of the transducer unit 12 and the monitoring device 8.
  • the actual resistance value is determined from the electric current flowing through the heating element 4 and the voltage dropping across the heating element 4, which current value is compared with the heating element limit value determined and stored during the initialization step. If the current resistance value is greater than the predetermined heating element limit value, the monitoring device causes the relay 14 to be de-energized so that the relay switch 16 opens, thereby disconnecting the heating element 4 from the power supply.
  • the voltage drops at the voltage taps 6 are detected continuously and at a predetermined sampling ratio, and the ratios of the voltages at the voltage taps 6 to the voltage drop across the heating element 4 are formed. In addition, the ratios of the two voltages at the voltage taps 6 can be formed. These are stored with the predetermined voltage tap limits compared. If one of the currentmatsabgriffsgrenzowski exceeds the correspondingchrosabgriffswert, causes the analog monitoring device 8 that the relay 14 is no longer flowed through by an electric current, so that the relay switch 16 opens and the heating resistor 4 disconnects from the power supply.
  • the heating device according to the invention allows reliable protection of the heating element against overheating.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for protecting a heating element (4) with at least one voltage tap (6) against overheating, with the steps: determination of a heating element limit value, determination of at least one voltage tap limit value, detection of the heating element value (4) and the at least one voltage tap value, and deactivation of the heating element (4) if the heating element limit value or the at least one voltage tap limit value is exceeded. The invention additionally comprises a heating device (2) and also a water-supplying household appliance with this type of heating device (2).

Description

Verfahren zum Schutz eines Heizelementes sowie Method for protecting a heating element as well
Heizvorrichtungheater
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff vor Überhitzung. Ferner betrifft die Erfindung eine Heizvorrichtung und ein wasserführendes Haushaltsgerät mit einer derartigen Heizvorrichtung.The invention relates to a method for protecting a heating element with at least one voltage tap against overheating. Furthermore, the invention relates to a heating device and a water-conducting household appliance with such a heater.
Heizvorrichtungen mit einem elektrisch betriebenen Widerstandsheizelement benötigen einen Schutz vor Überhitzung, insbesondere wenn sie in wasserführenden Haushaltsgeräten, wie z.B. Wasserkocher, Kaffeemaschinen, Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, eingesetzt werden. Zum Schutz vor Überhitzung ist dabei vorgesehen, dass während des Heizbetriebes durch Messung von Heizstrom und - Spannung der Heizungswiderstand bestimmt wird und bei Überschreiten eines festen Grenzwertes eine Abschaltung der Heizung erfolgt. Dies erfordert jedoch eine sehr genaue und langzeitstabile Messung von Heizungsstrom und -Spannung. Des Weiteren dürfen die für die Fertigung verwendeten Heizungswiderstände nur eine geringe Exemplarstreuung aufweisen, um eine Strommesseinrichtung mit der erforderlichen Genauigkeit realisieren zu können. Problematisch sind jedoch kritische partielle Überhitzungen mit relativ kleiner Flächeausdehnung, die ebenfalls zu einer Zerstörung des Heizelementes führen können. Sie können so nicht von unkritischen, großflächigen Erwärmungen unterschieden werden.Heaters with an electrically operated resistance heating element require protection against overheating, especially when used in water-bearing domestic appliances, such as e.g. Kettle, coffee machines, dishwashers or washing machines are used. To protect against overheating is provided that during heating operation by measuring the heating current and - voltage of the heater resistance is determined and a shutdown of the heating takes place when a fixed limit is exceeded. However, this requires a very accurate and long-term stable measurement of heating current and voltage. Furthermore, the heating resistors used for the production may have only a small specimen scattering in order to realize a current measuring device with the required accuracy. However, problematic are critical partial overheating with relatively small area expansion, which can also lead to destruction of the heating element. You can not be distinguished from uncritical, large-scale warming.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schutz eines Heizelementes bereitzustellen, dass gegenüber Exemplarstreuungen neutral ist, mit geringen Aufwand realisiert werden kann und die zuverlässige Erkennung von partiellen Überhitzungen erlaubt.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for protecting a heating element that is neutral to specimen scattering, can be realized with little effort and allows the reliable detection of partial overheating.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Schutz eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff vor Überhitzung, mit den Schritten: - Ermitteln eines Heizungselementsgrenzwertes,The object of the invention is achieved by a method for protecting a heating element with at least one voltage tap against overheating, with the following steps: - determining a heater element limit,
Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes,Determining at least one voltage tap limit,
Erfassen des Heizelementswerts und des wenigstens einem Spannungsabgriffwertes, undDetecting the heating element value and the at least one voltage tap value, and
Deaktivieren des Heizelements, wenn der Heizelementgrenzwert oder der wenigstens eine Spannungsabgriffgrenzwert überschritten wird.Deactivating the heating element when the heating element limit or the at least one voltage tap limit is exceeded.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei aus, mittels eines Heizelementes mit wenigstens einem Spannungsabgriff weitere charakteristische Werte des Heizungselementes erfasst und zur Auswertung herangezogen werden. Dabei erlaubt das kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfolgende Erfassen des Heizelementwertes und des wenigstens eines Spannungsabgriffwertes, dass auch partielle Überhitzungen zuverlässig erkannt werden können. Ferner wird durch das Verfahren der Einfluss von Exemplarstreuungen eliminiert.The method according to the invention uses, by means of a heating element with at least one voltage tap, further characteristic values of the heating element to be detected and used for the evaluation. In this case, the detection of the heating element value and of the at least one voltage pick-off value, which takes place continuously or at a predetermined sampling frequency, allows even partial overheating to be reliably detected. Furthermore, the method eliminates the influence of specimen scattering.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Widerstandswert herangezogen wird. Dabei kann es sich um den Widerstandswert des Heizelementes handeln, der mittels einer Überwachungseinrichtung aus dem durch das Heizelement fließenden elektrischen Strom und der an dem Heizelement abfallenden elektrischen Spannung ermittelt wird. Dieser Widerstandswert wird dann mit dem vorher ermittelten und abgespeicherten Heizelementgrenzwert kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz während des Betriebes überwacht und verglichen, wobei bei Überschreiten des ermittelten Heizelementgrenzwertes das Heizelement deaktiviert wird. An Stelle der Heranziehung eines Widerstandswerts kann alternativ auch der Leitwert Verwendung finden.Preferably, it is provided that at least one resistance value is used to determine the limit value. This may be the resistance value of the heating element, which is determined by means of a monitoring device from the electric current flowing through the heating element and the voltage drop across the heating element. This resistance value is then monitored and compared with the previously determined and stored Heizelementgrenzwert continuously or at a predetermined sampling frequency during operation, wherein when the determined Heizelementgrenzwertes exceeds the heating element is deactivated. Alternatively, the conductance may be used instead of using a resistance value.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Spannungsverhältnis herangezogen wird. Dabei handelt es sich bei dem Spannungsverhältnis um das Verhältnis aus dem Spannungsabfall über dem wenigstens einen Spannungsabgriff und dem Spannungsabfall über dem Heizelement. Sind mehrere Spannungsabgriffe am Heizelement vorgesehen werden entsprechend der Anzahl der Spannungsabgriffe eine entsprechende Anzahl an Spannungsverhältnissen in Bezug zum Spannungsabfall am Heizelement ermittelt. Während des Betriebs werden die jeweiligen an den Spannungsabgriffen abfallenden Spannungen mittels der Überwachungseinrichtungen kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfasst und mit vorher bestimmten Spannungsabgriffsgrenzwerten verglichen. Sobald ein Wert einen vorgegebenen Spannungsabgriffsgrenzwert überschreitet, wird das Heizelement deaktiviert.Furthermore, it is preferably provided that at least one stress ratio is used for determining the limit value. The voltage ratio is the ratio of the voltage drop across the at least one voltage tap and the voltage drop across the heating element. If a plurality of voltage taps are provided on the heating element, a corresponding number of voltage ratios in relation to the voltage drop at the heating element are determined in accordance with the number of voltage taps. During operation, the respective voltages dropping across the voltage taps are detected by means of the Monitoring devices detected continuously or at a predetermined sampling frequency and compared with predetermined voltage tap limit values. As soon as a value exceeds a predetermined voltage tap limit, the heating element is deactivated.
Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die SchritteIt is provided in a preferred embodiment that the steps
Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, undDetermining a Heizelementsgrenzwertes, and
Ermitteln wenigstens eines SpannungsabgriffgrenzwertesDetermining at least one Spannungsabgriffgrenzwertes
in einem Initialisierungsschritt erfolgen. D.h., dass die Heizeinrichtung im Neuzustand in der Fertigung während des Initialisierungsschrittes aufgeheizt wird und ein Selbstabgleich erfolgt, bei dem der durch das Heizelement elektrische Strom, die über dem Heizelement abfallende elektrische Spannung sowie die an den Spannungsabgriffen abfallenden elektrischen Spannungen erfasst werden. In einem nächsten Schritt werden aus diesen ermittelten Messwerten die entsprechenden Grenzwerte, d.h. der Heizelementgrenzwert und der wenigstens eine Spannungsabgriffsgrenzwert, gebildet und abgespeichert. Dabei kann zur Erhöhung der Sicherheit eine Multiplikation mit einem Korrekturfaktor vorgesehen sein. Anschließend wird die Überwachungseinrichtung in einem Überwachungsmodus umgeschaltet, in dem allein ein kontinuierliches oder mit einer vorgegebene Abtastfrequenz erfolgendes Erfassen des Heizelementgrenzwertesund des wenigstens ein Spannungsabgriffgrenzwertes erfolgt und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Deaktivieren des Heizelementes erfolgt.take place in an initialization step. That is, the heater is heated in the new state in the manufacturing during the initialization step and a self-adjustment takes place, in which the electrical current through the heating element, the voltage drop across the heating element and the voltage drops across the voltage drops detected electrical voltages. In a next step, the values determined from these measured values become the corresponding limit values, i. the Heizelementgrenzwert and the at least one Spannungsabgriffsgrenzwert, formed and stored. In this case, a multiplication with a correction factor can be provided to increase the security. Subsequently, the monitoring device is switched to a monitoring mode in which only a continuous or with a predetermined sampling frequency detecting the Heizelementgrenzwertsund the at least one Spannungsabgriffgrenzwertes and if a limit value is exceeded deactivating the heating element takes place.
Ferner gehört zur Erfindung eine Heizvorrichtung, wenigstens umfassend ein Heizelement mit wenigstens einem Spannungsabgriff und mit einer Überwachungseinrichtung zurFurthermore, the invention includes a heating device, at least comprising a heating element with at least one voltage tap and with a monitoring device for
Überwachung des Heizelementes, die der derart ausgebildet ist, dass auf einMonitoring the heating element, which is designed such that on a
Überschreiten mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes hin die Heizvorrichtung deaktiviert wird. Diese Vorrichtung erlaubt es auf einfache Art und Weise durchIf at least one predetermined limit value is exceeded, the heating device is deactivated. This device allows it in a simple way
Bereitstellen eines zusätzlichen Spannungsabgriffes, partielle Überhitzungen zuverlässig zu erfassen und zugleich durch Vergleiche mit vorgegebenen GrenzwertenProviding an additional voltage tap to detect partial overheating reliably and at the same time by comparisons with preset limits
Fertigungstoleranzen der verwendeten Bauteile zu kompensieren. Dazu ist es vorzugsweise vorgesehenen, dass der mindestens eine vorgegebene Grenzwert ein Widerstandswert ist, der mittels einer Strom- und Spannungsmessung erfasst wird. Es kann sich dabei bspw. um den Heizelementgrenzwert des Heizelementes der Heizvorrichtung handeln. Analog kann auch der entsprechende Leitwert Verwendung finden.To compensate for manufacturing tolerances of the components used. For this purpose, it is preferably provided that the at least one predetermined limit value is a resistance value which is detected by means of a current and voltage measurement. This may be, for example, the heating element limit value of the heating element of the heating device. Analogously, the corresponding conductance can also be used.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine vorgegebene Grenzwert ein Spannungsverhältnis ist, dass aus der am Heizelement fallenden elektrischen Spannung und der an dem wenigstens einem Spannungsabgriff abfallenden elektrischen Spannung gebildet wird. Bei dem vorgegebenen Grenzwert kann es sich bspw. um den wenigstens einen Spannungsabgriffsgrenzwert handeln.Furthermore, it is preferably provided that the at least one predetermined limit value is a voltage ratio that is formed from the electrical voltage falling on the heating element and the voltage drop across the at least one voltage tap. The predefined limit value may, for example, be the at least one voltage threshold limit value.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung Strommessmittel zur Erfassung des durch das Heizelement fließenden elektrischen Stromes aufweist, um so den Widerstandswert des Heizelementes zu bestimmen. Dabei erfolgt die Strommessung über die Messung eines Spannungsabfalls über einen Shuntwiderstand.In a preferred embodiment it is provided that the heating device has current measuring means for detecting the electric current flowing through the heating element so as to determine the resistance value of the heating element. The current measurement is done by measuring a voltage drop via a shunt resistor.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung einen Speicher aufweist, in der der mindestens eine vorgegebene Grenzwert abgespeichert werden kann. Dies erlaubt es, in einem Initialisierungsvorgang z.B. einen Heizelementgrenzwert und mindestens einen Spannungsabgriffgrenzwert zu erfassen und daraus die jeweiligen Grenzwerte zu bestimmen, die dann in dem Speicher abgespeichert werden können. Nach Abschluss des Initialisierungsvorgangs hat dann ein Mikrokontroller einer Überwachungseinrichtung Zugriff auf die abgespeicherten Grenzwerts, um einen Vergleich mit den kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz erfassten Heizelementwerten und den wenigstens ein Spannungsabgriffwert durchführen zu können.Preferably, it is further provided that the monitoring device has a memory in which the at least one predetermined limit value can be stored. This allows, in an initialization process e.g. to detect a Heizelementgrenzwert and at least one Spannungsabgriffgrenzwert and to determine therefrom the respective limits, which can then be stored in the memory. After completion of the initialization process, a microcontroller of a monitoring device then has access to the stored limit value in order to be able to compare it with the heating element values detected continuously or at a predetermined sampling frequency and the at least one voltage tap value.
Ferner gehört zur Erfindung ein wasserführendes Haushaltsgerät, wie z.B. ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine, eine Geschirrspülmaschine oder eine Waschmaschine, die wenigstens eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung aufweist.Furthermore, the invention includes a water-conducting household appliance, such. a kettle, a coffee machine, a dishwasher or a washing machine, which has at least one heating device according to the invention.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.In the following the invention will be explained with reference to a drawing. It shows: Fig. 1 is a schematic representation of a heating device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 2 weist ein Heizelement 4 auf, bei dem es sich um ein elektrisches Heizelement in Dickschichttechnik mit im Wesentlichen länglicher Form handelt. Das Heizelement 4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Spannungsabgriffe 6 auf. Alternativ kann jedoch auch eine andere Anzahl von Spannungsabgriffen vorgesehen sein.The heating device 2 according to the invention has a heating element 4, which is an electric heating element in thick-film technology with a substantially elongated shape. The heating element 4 has two voltage taps 6 in the present exemplary embodiment. Alternatively, however, a different number of voltage taps may be provided.
Die Heizvorrichtung 2 weist einen Anschluss 22 zur Versorgung mit elektrischer Energie auf, die bei geschlossenen Relaisschalter 16 durch das Heizelement 4 fließt. In Reihe zum Heizelement 4 ist ein Shuntwiderstand 10 angeordnet, der der Strommessung des durch das Heizelement 4 fließenden elektrischen Stromes dient.The heating device 2 has a connection 22 for supplying electrical energy, which flows through the heating element 4 when the relay switch 16 is closed. In series with the heating element 4, a shunt resistor 10 is arranged, which serves to measure the current flowing through the heating element 4 electrical current.
Ferner gehört zur Heizvorrichtung 2 eine Messwandlereinheit 12, die der Anpassung der Eingangsspannung des Heizelements 4, des Spannungsabfalls über dem Shuntwiderstand 10 sowie der Spannungsabfälle über den Spannungsabgriffen 6 dient.Furthermore, the heater 2 includes a transducer unit 12, which serves to adapt the input voltage of the heating element 4, the voltage drop across the shunt resistor 10 and the voltage drops across the voltage taps 6.
Des Weiteren umfasst die Heizvorrichtung 2 eine Überwachungseinrichtung 8, die einen Mikrokontroller (nicht dargestellt) und einen Speicher (nicht dargestellt) aufweist. Der Mikrokontroller ist eingangsseitig mit der Spannungswandlereinheit 8 verbunden und steht ausgangsseitig mit einem Relais 14 in Wirkverbindung. Ferner ist die Überwachungseinrichtung 8 mit einer Referenzspannungsquelle 20 verbunden.Furthermore, the heating device 2 comprises a monitoring device 8, which has a microcontroller (not shown) and a memory (not shown). The microcontroller is connected on the input side to the voltage converter unit 8 and is on the output side with a relay 14 in operative connection. Furthermore, the monitoring device 8 is connected to a reference voltage source 20.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 2 erläutert.The mode of operation of the heating device 2 according to the invention will now be explained below.
In einem Initialisierungsschritt erfolgt nach Anlegen einer Betriebsspannung an dem Anschluss 22 zuerst ein Erfassen des Spannungsabfalls über das Heizelement 4 sowie des durch das Heizelement 4 fließenden elektrischen Stromes mittels des Shuntwiderstands 10. Diese Werte werden nach Anpassen durch die Messwandlereinheit 12 der Überwachungseinrichtung 8 mit dem Mikrokontroller zugeführt und daraus ein Grenzwert für den Widerstandswert ermittelt. Dabei kann der messtechnisch ermittelte Grenzwert mit einem vorgegebenen Korrekturfaktor multipliziert werden. Dieser Wert wird dann im Speicher als vorgegebener Heizelementgrenzwert abgespeichert.In an initialization step, after applying an operating voltage to the terminal 22, the voltage drop across the heating element 4 and the electrical current flowing through the heating element 4 is detected by means of the shunt resistor 10. These values are adjusted by the transducer unit 12 of the monitoring device 8 with the microcontroller fed and determined from a limit value for the resistance value. The metrologically determined limit value can be multiplied by a predetermined correction factor become. This value is then stored in memory as a predetermined Heizelementgrenzwert.
In einem nächsten Schritt werden die Werte für die Spannungsabfälle an den Spannungsabgriffen 6 erfasst, mittels der Messwandlereinheit 12 angepasst und der Überwachungseinheit 8 mit dem Mikrokontroller zugeführt. Anschließend wird für jeden Spannungsabgriff 6 ein Spannungsverhältnis bezogen auf den Spannungsabfall über das Heizelement 4 ermittelt und in dem Speicher als Spannungsabgriffsgrenzwerte abgespeichert, wobei ebenfalls eine Multiplikation mit einem vorgegebenen Korrekturfaktor vorgesehen sein kann. Zusätzlich ist es möglich, dass als weiterer Grenzwert das Spannungsverhältnis der beiden Spannungsabgriffe 6 gebildet und abgespeichert wird. Damit ist der Initialisierungsvorgang abgeschlossen.In a next step, the values for the voltage drops at the voltage taps 6 are detected, adjusted by means of the transducer unit 12 and supplied to the monitoring unit 8 with the microcontroller. Subsequently, a voltage ratio based on the voltage drop across the heating element 4 is determined for each voltage tap 6 and stored in the memory as Spannungsabgriffsgrenzwerte, where also a multiplication with a predetermined correction factor can be provided. In addition, it is possible for the voltage ratio of the two voltage taps 6 to be formed and stored as a further limit value. This completes the initialization process.
Während des Betriebes hingegen wird die Heizvorrichtung 2 wieder eine an dem Anschluss 22 angeschlossene Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt, die bei geschlossenem Relaisschalter 16 einen durch das Heizelement fließenden elektrischen Strom hervorruft, der eine Erwärmung des Heizelements 4 bewirkt. Kontinuierlich oder mit einem vorgegebenen Abtastverhältnis werden mittels der Messwandlereinheit 12 und der Überwachungseinrichtung 8 der durch das Heizelement 4 fließende Strom mittels des Shuntwiderstands 10 und die über das Heizelement 4 abfallende Spannung erfasst. Anschließend werden aus dem durch das Heizelement 4 fließenden elektrischen Strom und der an den Heizelement 4 abfallenden elektrischen Spannung der aktuelle Widerstandswert ermittelt, der mit dem während des Initialisierungsschrittes ermittelten und abgespeicherten Heizelementsgrenzwertes verglichen wird. Ist der aktuelle Widerstandswert größer als der vorgegebenen Heizelementgrenzwert veranlasst die Überwachungseinrichtung, dass das Relais 14 nicht mit Strom versorgt wird, so dass der Relaisschalter 16 öffnet und damit das Heizelement 4 von der Spannungsversorgung trennt.During operation, on the other hand, the heating device 2 is again supplied with a voltage source connected to the terminal 22 with electrical energy, which causes a flowing through the heating element electrical current when the relay switch 16 is closed, which causes heating of the heating element 4. Continuously or with a predetermined sampling ratio, the current flowing through the heating element 4 is detected by means of the shunt resistor 10 and the voltage drop across the heating element 4 by means of the transducer unit 12 and the monitoring device 8. Subsequently, the actual resistance value is determined from the electric current flowing through the heating element 4 and the voltage dropping across the heating element 4, which current value is compared with the heating element limit value determined and stored during the initialization step. If the current resistance value is greater than the predetermined heating element limit value, the monitoring device causes the relay 14 to be de-energized so that the relay switch 16 opens, thereby disconnecting the heating element 4 from the power supply.
Ferner werden kontinuierlich oder mit einem vorgegebenen Abtastverhältnis die Spannungsabfälle an den Spannungsabgriffen 6 erfasst und die Verhältnisse der Spannungen an den Spannungsabgriffen 6 zu der an dem Heizelement 4 abfallenden Spannung gebildet. Zusätzlich können auch die Verhältnisse der beiden Spannungen an den Spannungsabgriffen 6 gebildet werden. Diese werden mit den abgespeicherten vorgegebenen Spannungsabgriffsgrenzwerten verglichen. Wenn einer der aktuellen Spannungsabgriffsgrenzwerte den entsprechend den vorgegebenen Spannungsabgriffswert überschreitet, veranlasst in analoger Weise die Überwachungseinrichtung 8, dass das Relais 14 nicht mehr von einem elektrischen Strom durchflössen wird, so dass der Relaisschalter 16 öffnet und den Heizwiderstand 4 von der Spannungsversorgung trennt.Further, the voltage drops at the voltage taps 6 are detected continuously and at a predetermined sampling ratio, and the ratios of the voltages at the voltage taps 6 to the voltage drop across the heating element 4 are formed. In addition, the ratios of the two voltages at the voltage taps 6 can be formed. These are stored with the predetermined voltage tap limits compared. If one of the current Spannungsabgriffsgrenzwerte exceeds the corresponding Spannungsabgriffswert, causes the analog monitoring device 8 that the relay 14 is no longer flowed through by an electric current, so that the relay switch 16 opens and the heating resistor 4 disconnects from the power supply.
Damit erlaubt die erfindungsgemäße Heizvorrichtung einen zuverlässigen Schutz des Heizelementes vor Überhitzung. Thus, the heating device according to the invention allows reliable protection of the heating element against overheating.
l CN l C N
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
Heizvorrichtungheater
4 Heizelement4 heating element
6 Spannungsabgriff6 voltage tap
8 Spannungseinrichtung8 voltage device
10 Standwiderstand10 resistance
12 Wandlereinheit12 converter unit
14 Relais14 relays
16 Relaisschalter16 relay switches
20 Referenzspannung20 reference voltage
22 Anschluss 22 connection

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Schutz eines Heizelementes (4) mit wenigstens einem Spannungsabgriff (6) vor Überhitzen, mit den Schritten:1. A method for protecting a heating element (4) with at least one voltage tap (6) against overheating, with the steps:
Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes, Erfassen des Heizelementswertes und des wenigstens einen Spannungsabgriffswertes, und - Deaktivieren des Heizelementes (4), wenn der Heizelementgrenzwert oder der wenigstens ein Spannungsabgriffsgrenzwert überschritten wird.Determining a heater threshold, determining at least one voltage tap limit, detecting the heater value and the at least one voltage tap value, and - deactivating the heater (4) when the heater threshold or the at least one tap limit is exceeded.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Grenzwertermittlung wenigstens ein Widerstandswert herangezogen wird.2. Method according to claim 1, characterized in that at least one resistance value is used for determining the limit value.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Grenzwertermittlung mindestens ein Spannungsverhältnis herangezogen wird.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that for determining the limit at least one voltage ratio is used.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the steps
Ermitteln eines Heizelementsgrenzwertes, und Ermitteln wenigstens eines Spannungsabgriffsgrenzwertes in einem Initialisierungsschritt erfolgen.Determining a Heizelementsgrenzwertes, and determining at least one Spannungsabgriffsgrenzwertes take place in an initialization step.
5. Heizvorrichtung (2), wenigstens umfassend ein Heizelement (4) mit wenigstens einem Spannungsabgriff (6) und mit einer Überwachungseinrichtung (8) zur Überwachung des Heizelementes (4), die derart ausgebildet ist, dass auf ein Überschreiten mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes die Heizvorrichtung (2) deaktiviert wird.5. heating device (2), comprising at least one heating element (4) with at least one voltage tap (6) and with a monitoring device (8) for monitoring the heating element (4), which is designed such that upon exceeding at least one predetermined limit value Heating device (2) is deactivated.
6. Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebener Grenzwert einen Widerstandswert ist. 6. Heating device according to claim 5, characterized in that at least one predetermined limit value is a resistance value.
7. Heizvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebener Grenzwert ein Spannungsverhältnis ist.7. Heating device according to claim 5 or 6, characterized in that at least one predetermined limit value is a voltage ratio.
8. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Strommessmittel zur Erfassung des durch das Heizelement fließenden elektrischen Stromes vorgesehen sind.8. Heating device according to one of claims 5 to 7, characterized in that current measuring means are provided for detecting the current flowing through the heating element electric current.
9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vorgegebene Grenzwert in einem Initialisierungsschritt ermittelt wird.9. Heating device according to one of claims 5 to 8, characterized in that at least one predetermined limit value is determined in an initialization step.
10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (8) einen Speicher aufweist, in dem der mindestens eine vorgegebene Grenzwert abgespeichert werden kann.10. Heating device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the monitoring device (8) has a memory in which the at least one predetermined limit value can be stored.
11. Wasserführendes Haushaltsgerät mit einer Heizvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10. 11. Water-conducting household appliance with a heating device (2) according to one of the preceding claims 5 to 10.
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