EP2379931A1 - Elektrisches heizsystem für ein fluid-leitungssystem - Google Patents

Elektrisches heizsystem für ein fluid-leitungssystem

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EP2379931A1
EP2379931A1 EP10707516A EP10707516A EP2379931A1 EP 2379931 A1 EP2379931 A1 EP 2379931A1 EP 10707516 A EP10707516 A EP 10707516A EP 10707516 A EP10707516 A EP 10707516A EP 2379931 A1 EP2379931 A1 EP 2379931A1
Authority
EP
European Patent Office
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heating
heating element
line
fluid line
heating system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10707516A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olav Borgmeier
Tobias Etscheid
Reiner Mitterer
Thomas Schüler
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Voss Automotive GmbH
Original Assignee
Voss Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Voss Automotive GmbH filed Critical Voss Automotive GmbH
Priority to EP12195576.9A priority Critical patent/EP2611260B1/de
Publication of EP2379931A1 publication Critical patent/EP2379931A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
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    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the present invention relates to a heating system for a fluid line system, in particular in a motor vehicle, wherein at least one fluid line is associated with at least one electrical heating element, which is supplied to act on the fluid line with a specific heating power with an electrical operating voltage.
  • Heated fluid line systems are often used in particular in motor vehicles, and for those media that tend to freeze due to their freezing even at relatively high ambient temperatures. This can affect certain functions. This is the case, for example, with water lines for the windscreen washer system, but in particular also with lines for an aqueous urea solution which is used as NOX reduction additive for diesel engines with so-called SCR catalysts. Therefore, at low temperatures, electrical heating elements can be activated to avoid freezing or to thaw the already frozen medium.
  • Such fluid line systems usually exist - cf. in particular EP 1 985 908 A1 (FIGS. 13, 14) and also WO 2007/073286 A1 - comprising at least one fluid line (pipe or hose line) with two end line connectors (plug connectors).
  • the fluid line has an electrical heating element in the form of a z. B. helically over the line length extending heating wire winding on, and at least one of the line connector (WO 2007/073286 A1) or each of the two connectors (EP 1 985 908 A1) is also equipped with an electric heating element, in particular in the form of a heating wire winding.
  • all heating elements are electrically connected in series and can be connected to a common current or voltage supply (cf in particular EP 1 985 908 A1, FIGS. 14a, 14b).
  • the fluid lines present within the line system usually have very different lengths, so that the effective heating resistances of the heating elements and consequently also the heating powers are correspondingly different.
  • very short fluid lines eg with a length of less than 500 mm
  • the helical conductor running helically over the line can also be so short that the heating resistance is too low.
  • connection connections (in particular crimp connections) of the heating conductor could no longer be manufactured reliably due to the small cross-section and the resulting low mechanical strength.
  • the present invention is based on the object to provide measures in a heating system of the type mentioned in order to optimize the electrical heating power in a simple and economical manner or to be able to adapt to predetermined conditions.
  • a first solution of the problem is therefore the operating voltage for the heating element with respect to a supply voltage, in particular with respect to the DC voltage of a vehicle electrical system (usual battery voltage of eg 9 to 16 V or 20 to 32 V). This can be done in basically any way.
  • the heater can be preceded by a series resistor in series.
  • the series resistor can also be designed as a heating conductor. It can also be z. B. act as a so-called cement resistance.
  • the series resistor can be accommodated in a separate housing or even in the region of a line connection housing. In addition, it is possible to arrange the series resistor in the region of a line connector, in particular within an encapsulation.
  • a heating coil material can be used as the heating conductor.
  • This is at least one heating wire, which extends helically around a thin soul, and this soul wound with heating wire then runs as a heating element again helically around the fluid line. In this way, the length of the heating wire - and thus its resistance - increased almost arbitrarily or be set to a certain value.
  • a further solution according to the invention is to equip the fluid line with a plurality of (at least two) heating conductors and then to connect them in particular electrically in series.
  • a current regulation can be provided.
  • an electronic flip-flop or a relay circuit z. B. in combination with a temperature-dependent resistor (NTC, PTC) or a bimetal element can be used.
  • the heating element can be supplied with an operating voltage which is generated from the supply voltage by a PWM control (by pulse width modulation) which is clocked for setting or regulating the heating power with a specific duty cycle.
  • a PWM control by pulse width modulation
  • the respective operating current an effective value of the clocked, pulsed operating voltage and a respective current, temperature-dependent resistance of the heating element.
  • the respective actual heating power of the heating element can be regulated by a power control by varying the PWM duty cycle to a predetermined desired heating power.
  • the heating powers of the individual heating elements are separately controllable and / or controllable.
  • each heating element or at least some of all existing heating elements in each case an electronic switch can be connected in parallel in such a way that by PWM control of the switch, the respective heating element is clocked short-circuited.
  • the entire Schuelement- series circuit via a series-connected switch can also be controlled PWM clocked.
  • This advantageous embodiment can be referred to as "intelligent line", because the existing heating elements within the heating system can be controlled largely independent of the line length and the number of electrical heating elements for optimizing the heating.
  • FIG. 2 is a schematic equivalent circuit of the heating system of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a simplified schematic view of a portion of a fluid line with a heating element in the form of a helical heating wire
  • Fig. 5 is another equivalent circuit diagram to Fig. 3 with an additional
  • FIG. 6 shows a comparison with FIG. 3 enlarged portion of a fluid line with a special heating element
  • FIG. 10 shows a further circuit diagram of a flip-flop in an alternative to FIG. 9,
  • FIG. 11 is a variant of FIG. 10, 12 is an equivalent circuit diagram in a further embodiment of the heating system according to the invention.
  • 13 is a block diagram of a preferred controller unit
  • 15 is a schematic block diagram of a driver stage
  • FIG. 16 shows diagrams for explaining a PWM modulation of the supply voltage for generating modulated operating voltages for the heating elements
  • Fig. 17 shows a portion of a fluid line with heating wire in a particular
  • Fig. 18 is an enlarged and partially sectioned view of a
  • a fluid conduit system 1 which consists of a line set with a fluid line 2 and two end connected to the line 2 line connectors 4, 6 and electrical heating means.
  • electrical resistance heating elements R are provided, namely, the fluid line 2, an electric heating element R L and preferably each fluid connector 4, 6 as a heating means, an electrical heating element R V i and R V 2 on. All heating elements (electrical heating resistors R) may preferably each consist of at least one Winding with at least one heating wire 8 consist (see Fig. 3 and Fig. 13 and 14).
  • the heating elements Rvi and Rv2 of the line connectors 4, 6 are encapsulated in each case with an outer housing 10, and the fluid line 2 expediently has an outer jacket 12 surrounding the heating element R L , for example in the form of a corrugated tube.
  • a plurality of individual piping systems 1 generally form an overall piping system, for the required fluid connections between a tank and a delivery module (with supply and return) and between Delivery module and a metering unit (as a single line or with flow and return), the metering unit dosed introduces the SCR reduction additive in an exhaust line.
  • the metering unit dosed introduces the SCR reduction additive in an exhaust line.
  • very different lengths of the individual lines may be required, which also has an influence on the resistances of the respective heating elements and thus - at a given supply voltage U - on the heating power.
  • the length L of the respective fluid line 2 may be so small that only such little heating wire 8 is arranged or arranged on this portion of the line 2 with the length L, that the electrical resistance of the heating element R L is too low.
  • the heating element R L of the fluid line 2 is operated with an electrical operating voltage U B which, compared with a supply voltage U (in a vehicle, the DC voltage of the respective on-board network that is present there is generally the battery voltage of, for example, 9 to 16 V or 20 to 32 V) is reduced to, for example, about 50%.
  • the supply voltage can be reduced from 14 V to 5 to 8 V.
  • a heating coil material 14 is used as the heating element R L.
  • This is a heating wire 8, which extends helically around a thin core 14a, and this wound with the heating wire 8 soul 14a then runs as a heating element R L turn helical or helically around the fluid line 2.
  • Fig. 7 are different versions of the heating coil material 14 illustrated. According to Fig. 7a, it may be a single coil or, according to Fig. 7b, a multiple coil with two to ten (as shown, for example, three) running parallel heating wires. In the embodiment according to FIG. 7c, different sections A1 to A4 with different pitches are provided.
  • the heating element R L of the fluid line 2 consists of several (at least two, as shown but four) heating conductors R L i to R L4 , all of which are electrically connected in series. In this way, an increased total resistance can also be achieved.
  • the heating elements Rvi and Rv2 of the line connectors 4, 6 can each be connected in parallel to one of the plurality of heating conductors of the fluid line 2; As shown, for example, Rvi is arranged parallel to Rn and Rv2 parallel to R L4 .
  • the resistors Rvi and Rv2 are adjusted depending on the desired total power to the resistors Ru, RL4.
  • FIGS. 9, 10 and 11 a circuit diagram of an electronic flip-flop 16 is shown by way of example in each case.
  • This flip-flop 16 is used for electronic current control (two- step control) of the heating element R HIZ -
  • the flip-flop 16 operates independently without separate control or regulation with a constant clock frequency.
  • the respective heating element R H ⁇ ⁇ z is connected via an electronic switch 17.
  • the switch 17 is connected via a Voltage divider driven from a temperature-dependent resistor R NTC or R PT c and a series resistor R, wherein the temperature-dependent resistor is spatially disposed in the vicinity of the heating element R H ⁇ IZ to detect its heat.
  • the voltage divider ratio changes during operation such that via the switch 17, the heating element R H ⁇ ⁇ z switched periodically or cyclically on and off.
  • the switch 17 is designed as a pnp transistor, and the temperature-dependent resistor R NTC has a negative temperature coefficient (NTC). It can be achieved by replacing the pnp transistor in an npn transistor and exchange of the R NTC in a resistor R PTC with a positive temperature coefficient an equivalent circuit structure. Referring to Fig. 10, it is also a pnp transistor, but a resistor R PTC having a positive temperature coefficient. According to FIG. 11, the flip-flop 16 as a switch 17 can also have an NPN transistor in conjunction with a resistor NTC with a negative temperature coefficient.
  • NTC negative temperature coefficient
  • FIGS. 9 to 11 it is also possible to provide a corresponding two-position control circuit by means of a flip-flop in the form of a relay circuit (not shown), for example in combination with a bimetallic element.
  • At least the line heating element R L can also be controlled by an electronic control element 18 by PWM-clocking the heating element to set or regulate its heating power with a specific duty cycle.
  • an electronic switch 20 can be connected in parallel to the heating element in such a way that the respective heating element can be short-circuited by PWM control (PWM 1) of the switch 20.
  • PWM control PWM 1
  • PWM 2 PWM clocking
  • PWM 2 PWM 2
  • each heating element an electronic switch 20 may be connected in parallel, wherein the control member 18, the individual switches 20 can control individually PWM-modulated.
  • the switches 20 can be controlled individually via a common control bus 22, in that the switches 20 can be activated via an integrated intelligence by means of an addressing.
  • This system can be called an "intelligent wiring harness”.
  • one of the switches 20, in particular the switch 20 parallel to the line heating element R L can be dispensed with, so that only the heating elements Rvi and Rv 2 of the line connectors 4, 6 each have a parallel one have intelligent switch 20, these switches 20 are individually controlled via the control bus 22 of the PWM control PWM 1.
  • the total power of the series connection of the heating elements can then be controlled via an additionally in series switch 20a via the control PWM 2.
  • the switches 20, 20a according to FIG. 12 are designated as transistors T (Ti, T 2 ).
  • the heating elements R are controllable via the associated transistors Ti, T 2 , for adjusting the heating power.
  • the heating power can be kept constant or to specific conditions, such as in particular the respective outside or ambient temperature to be adjusted.
  • the heating power is independent of the respective operating voltage adjustable.
  • the switches or transistors T for controlling the heating power of the heating elements R are controllable by a control unit 30, the controlled variable is thus the respective heating power by the respective actual heating power is determined as the actual value and controlled to a predetermined target heat output (setpoint).
  • certain parameters such as, for example, cable length, ambient temperature and / or the like
  • a different physical quantity eg geometric parameters, such as material, number, diameter and length of the heating conductors, the outside or ambient temperature, the operating temperature of the SCR system and / or a predetermined thawing time
  • the control according to the invention is based in the main on a PWM control of the respective switch or transistor T, d. H. on a pulse width modulated drive with variable in terms of their time width switching pulses.
  • a supply voltage U in a vehicle, the battery voltage of z. B. 9 to 16 V or 20 to 32 V, clocked via the respective switch T switched to the heating elements R.
  • the control is effected by varying the so-called duty cycle or the degree of modulation m.
  • a pulse having a variable switch-on time t an is generated within a total switching period T.
  • the remaining time is designated as off time with t out .
  • the duty cycle is defined by:
  • m T
  • m T
  • a microcontroller 32 is integrated in the control loop and contains a controller 34 for the duty ratio m of a PWM modulator 36, which emits a manipulated variable u (t) for a downstream controlled system 38.
  • control variable of the power controller (controller unit 30) is the heating power.
  • the following variables can be used as reference variable / setpoint (characteristic diagram) w (t) or for its definition (optionally in partial combination):
  • heating element type, material, number, diameter and length of heating elements
  • the output of the controlled system 38 is kept constant. It is thus the principle of a fixed value control, wherein the reference variable w (t) is fixed.
  • a fixed value controller By the use of a fixed value controller, it is advantageously possible for changes in the area of the fluid line system 1 or changes in Range of heat transfer between heating element and pipe system by changing only one parameter, namely the reference variable w (t) to adjust the controller.
  • FIG. 13 illustrates by way of example a block diagram of a control for two separately controllable heating elements or heating element groups via associated switches Ti, T 2 , wherein the heating elements themselves are not shown in FIG. 13 but can be connected via a plug connection part 46.
  • a driver circuit 48 (48.1, 48.2) is provided with the respective switch T1, T2.
  • Each driver circuit 48 can be designed with the respective switch Ti or T 2 as a so-called "high-side driver” (see Fig. 15) .
  • the microcontroller 32 contains a separate PWM modulator 36.1, 36.2 for each driver circuit 48.
  • Each driver circuit 48 is in the illustrated example via a sensor 40.1, 40.2 connected to a separate input ADC of the microcontroller 32.
  • the supply voltage U is a voltage regulator 50 in a supply voltage in particular 5V and supplied to the microcontroller 32. Furthermore, the supply voltage U is also supplied to all the driver circuits 48. In addition, a voltage divider 52 is provided for monitoring the supply voltage U and for detecting the input voltage level, since this can vary in different vehicles the driver circuits 48, the heating power d he controlled heating elements.
  • the microcontroller 32 is additionally connected to a constant current source 54, the output of which can be selectively switched individually to each heating element or each group via a switching device 56.
  • driver circuits 48 In Fig. 15, one of the driver circuits 48 is shown greatly simplified. It should be noted that the driver circuit has a special output 58 for a respective operating current of the heating element proportional sensor signal which is supplied to the sensor 40. The function of the control will be explained in more detail below.
  • the actual resistance R (T) is determined once during the initial operation and on the other hand cyclically during operation in each case during a measurement cycle for the heating element R and from this with the respectively applied supply voltage U that for the respectively predetermined desired value -Heiz intricate P S ⁇ ⁇ required PWM duty cycle m determined.
  • a specific constant measuring current I M is conducted from the constant current source 54 via the switching device 56 through the respective heating element.
  • the resulting voltage U M is fed via an operational amplifier 60 to an ADC input of the microcontroller 32 and serves to evaluate the current performance data. From the constant measuring current and the associated voltage drop, the current resistance according to Ohm's law
  • each driver circuit 48 then supplies a current signal during operation, which represents a reference current proportional to the respective operating current (actual value).
  • the downstream sensor 40 integrates this Reference current for generating a mean voltage value.
  • the mean voltage value can also be calculated. From these values, the actual value of the respective heating power can be calculated with P
  • St m n ⁇ l 2 n ⁇ R (T) are determined.
  • the regulation then regulates the actual value to the predetermined desired heating power by varying the duty cycle m.
  • the switches may preferably be controlled with respect to the PWM control in a time-delayed manner so that their PWM signals (see in Fig. 16, the voltage pulses Ui, Ib and U3) not or only partially overlap in time.
  • the heating elements Ri and R3 with the operating voltages Ui and U 3 in the pause times of the control of the heating element R2 and its operating voltage U2, which deviating from the illustration in Fig.
  • means for monitoring the level of the supply voltage U and for automatically adapting the control to the respective supply voltage U are preferably provided.
  • control unit 30 can - in particular in the form of a stored table - a map for determining the setpoint be deposited.
  • This map can be selected from the parameters heating power, ambient temperature, operating temperature of the fluid system, certain geometric parameters, the specified defrosting time and / or the like.
  • a temperature change rate (dT / dt), a resistance change rate (dR / dt) and / or a rate of change of geometry (for example ds / dt) can also be stored in the characteristic map. The latter takes into account, in particular, volume changes of the fluid during freezing or thawing, in that an axial and / or radial path change is detected by suitable sensors.
  • connection device in the form of a line plug connection with holding means designed in such a way that an inserted and locked plug section moves from a normal operating position to increase an inner volume charged within a connection part with a medium over a given path against a return force is movable relative to the connecting part.
  • the freezing medium eg urea solution
  • electrical measuring means can be integrated in order to be able to carry out an evaluation of the state of matter of the medium flowing through.
  • a distance measurement can be integrated. This can be done, for example, via the so-called Wiegand effect, via piezo elements (capacitive sensors), with Hall sensors (inductive sensors) or else via an active resonant circuit (active sensors). Furthermore, a light signal (laser signal) can also be fed into the connection device by means of a glass fiber cable in order to measure a reflection change. It is also conceivable to measure with strain gauges the path change. 1st piezo element
  • Piezoelectric elements are arranged, which are arranged so that they are elastically deformed during an axial path change by the volume expansion of the frozen medium.
  • the distance measurement is carried out via at least one Hall sensor.
  • the volume change of the medium is used to measure the axial change in travel.
  • strain gauges are mounted so that an axial / radial volume expansion (path change) can be measured.
  • a Wiegand wire is designed as a spring element, which produces the Wiegand effect.
  • the spring element holds a piston against the operating pressure of the fluid medium in a stable position, may alternatively be mounted as an additional spring.
  • the Wiegand wire is made of a special alloy:
  • This magnetic reversal voltage pulse can be generated with the aid of a coil which Wire surrounds, measured and thus the physical state of the fluid are evaluated.
  • the connector is laser-transparent in the shaft portion to the fluid conduit, so that pulsed with a laser directly into the medium through the shaft of the connector and thus the reflection of the medium, the deflection of the light or the passage of light to the other side of the connector in the receiver (Light sensors), which are arranged radially on the shaft of the connector, measured and thus the state of aggregation of the medium (frozen, liquid) or the absence of the medium can be determined.
  • a coil as a transmitter and a second coil as a receiver so that the medium is between these coils.
  • a frequency is applied to the transmitting coil, thereby generating an electromagnetic field.
  • This generated field is picked up by the receiver. With the different states of aggregation, the field strength changes can also be measured and evaluated.
  • the PWM duty cycle may be a monitoring of the PWM duty cycle m over time. If the PWM duty cycle remains constant over a certain time in a certain range, ie the heating power remains constant and finally the temperature in Heating element, since the resistance of the heating element or the rate of change of resistance values remains constant, can be determined by a map, whether the frozen medium is thawed or if a medium is present and thawed and the fluid line is ready for use.
  • a temperature sensor for the external / ambient temperature and / or for the internal temperature in the fluid and / or a suitable sensor for detecting a fluid volume change can be integrated, for example, by a displacement measurement to specify different parameters depending on the control and, for example, the Keep heating temperature constant.
  • the thawing behavior of the respective medium can be described via a characteristic field stored in the controller unit, for example via the temperature change and time difference.
  • a characteristic field stored in the controller unit for example via the temperature change and time difference.
  • SCR aqueous urea solution
  • an indirect temperature measurement can take place.
  • the current temperature or a temperature range in the heating element can be calculated (via the temperature-dependent resistance).
  • the heating system according to the invention can advantageously be included in an "on-board diagnostic system" (OBD)
  • OBD on-board diagnostic system
  • the system according to the invention in particular the controller unit 30, can be connected to a so-called CAN-BUS (interface to the OBD)
  • CAN-BUS interface to the OBD
  • the inventive control automatically performs a functional test and fault diagnosis of the line and passes the information to the OBD unit by means of CAN-BUS on whether the line is ready for use or not. This means that the OBD sends no signal to the controller for the start of the functional tests of the line, but rather this leads to the heating system according to the invention or the controller unit itself.
  • a preferred PWM frequency band is in the range of 0.1 Hz to 1 kHz due to the thermal inertia of the system.
  • a period of 50 ms, that is a frequency of 20 Hz is preferably specified.
  • all heating elements in all components of the fluid line system 1, in particular in the line connectors 4, 6, the same properties / values, be formed because the heating power can be adjusted individually via the control Heating elements, in particular the line connector always consist for example of the same heat conductor material and thus be made independently.
  • Temperature switch for defrost / freeze detection wherein any reference medium (urea solution or otherwise) is located outside the fluid line in a hermetically sealed vessel, this vessel is connected to a pressure cell.
  • the pressure cell actuates a switching contact.
  • the system according to the invention works loss-optimized, the controller does not require a heat sink.
  • an error detection and error evaluation with respect to the line system and in particular a feedback to the OBD unit can be made, in particular for detecting whether the system is operational. For example, the following criteria are taken into account:
  • this shield can be glued or not glued and formed as '
  • the shield can be used to fix the heating element, in particular in the fluid line.
  • control member 18 can be accommodated within a connection housing 23 arranged in the line region and via electrical connection lines, preferably in a jacket 25 (eg corrugated pipe), and via Connectors 27 to be connected to the supply voltage U.
  • connection housing 23 arranged in the line region and via electrical connection lines, preferably in a jacket 25 (eg corrugated pipe), and via Connectors 27 to be connected to the supply voltage U.
  • Connectors 27 to be connected to the supply voltage U.
  • the fluid line 2 can be wound with the heating wire 8 in such a way that more heating wire 8 is wound up at each end of the fluid line 2 by closer winding.
  • the above constant winding ratio is preferably taken into account accordingly. It can then before connecting the line 2 to the line connector 4, 6 each end of a "wire reservoir" a piece of the heating wire 8 are pulled out of a line insulation (see the arrows in Fig. 17b), and these lengths can then Umwickeln of the respective line connector 4, 6. This advantageously eliminates connection connections, for example by crimping between line 2 and connectors 4, 6.
  • a corresponding heating wire reservoir with a particularly long length of the heating wire 8 can be formed in that the heating wire 8 is applied in a zigzag or meander shape in the end region of the line 2 in the circumferential direction of the line.
  • a plurality of meandering zones can be provided one behind the other in the longitudinal direction, with markings 24 being provided on the line between these zones, marking the desired interfaces.
  • the invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all the same in the context of the invention embodiments.
  • the invention has hitherto not been limited to the combination of features defined in the respective independent claim, but may also be defined by any other combination of specific features of all individually disclosed individual features. This means that in principle virtually every individual feature of the respective independent claim can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claims are to be understood merely as a first formulation attempt for an invention.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem für ein Fluid-Leitungssystem (1), wobei zumindest einer Fluidleitung (2) mindestens ein elektrisches Heizelement (RL) zugeordnet ist, das zur Beaufschlagung der Fluidleitung (2) mit einer vorbestimmten Heizleistung mit einer elektrischen Betriebsspannung (UB) versorgt wird, die gegenüber einer Versorgungsspannung (U) reduziert ist.

Description

„Elektrisches Heizsystem für ein Fluid-Leitungssystem"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem für ein Fluid-Leitungssystem insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei zumindest einer Fluidleitung mindestens ein elektrisches Heizelement zugeordnet ist, das zur Beaufschlagung der Fluidleitung mit einer bestimmten Heizleistung mit einer elektrischen Betriebsspannung versorgt wird.
Zum Stand der Technik sei beispielhaft auf die Dokumente DE 41 35 082 C1 , WO 2007/073286 A1 und EP 1 985 908 A1 verwiesen.
Beheizbare Fluid-Leitungssysteme werden häufig insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, und zwar für solche Medien, die aufgrund ihres Gefrierpunktes bereits bei relativ hohen Umgebungstemperaturen zum Gefrieren neigen. Dadurch können bestimmte Funktionen beeinträchtigt werden. Dies ist beispielsweise bei Wasserleitungen für die Scheibenwaschanlage der Fall, insbesondere aber auch bei Leitungen für eine wässrige Harnstofflösung, die als NOX-Reduktionsadditiv für Dieselmotoren mit so genannten SCR-Katalysatoren eingesetzt wird. Deshalb können bei niedrigen Temperaturen elektrische Heizelemente aktiviert werden, um das Gefrieren zu vermeiden oder um das bereits gefrorene Medium aufzutauen.
Solche Fluid-Leitungssysteme bestehen in der Regel - vgl. insbesondere EP 1 985 908 A1 (Fig. 13, 14) sowie auch WO 2007/073286 A1 - aus mindestens einer Fluidleitung (Rohr- oder Schlauchleitung) mit zwei endseitigen Leitungsverbindern (Steckverbindern). Die Fluidleitung weist ein elektrisches Heizelement in Form einer z. B. schraubenlinienförmig über die Leitungslänge verlaufenden Heizdraht-Bewicklung auf, und zumindest einer der Leitungsverbinder (WO 2007/073286 A1 ) bzw. jeder der beiden Verbinder (EP 1 985 908 A1 ) ist ebenfalls mit einem elektrischen Heizelement insbesondere in Form einer Heizdraht-Bewicklung ausgerüstet. Üblicherweise sind alle Heizelemente elektrisch in Reihe geschaltet und mit einer gemeinsamen Strom- bzw. Spannungsversorgung verbindbar (vgl. dazu insbesondere EP 1 985 908 A1 , Fig. 14a, 14b).
Ein Problem besteht bei solchen Heizsystemen darin, dass die innerhalb des Leitungssystems vorhandenen Fluidleitungen in aller Regel sehr unterschiedliche Längen aufweisen, so dass auch die effektiven Heizwiderstände der Heizelemente und folglich auch die Heizleistungen entsprechend unterschiedlich sind. Speziell bei sehr kurzen Fluidleitungen (z. B. mit einer Länge von unter 500 mm) kann der beispielsweise wendeiförmig über die Leitung verlaufende Heizleiter ebenfalls so kurz sein, dass auch der Heizwiderstand zu gering ist. Ein höherer Widerstand könnte zwar durch Verwendung eines Heizleiters mit reduziertem Querschnitt erreicht werden, was aber mechanische Probleme zur Folge hätte. So könnten Anschlussverbindungen (insbesondere Crimp-Verbindungen) des Heizleiters wegen des geringen Querschnittes und der daraus resultierenden geringen mechanischen Festigkeit nicht mehr prozesssicher hergestellt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Heizsystem der genannten Art Maßnahmen zu schaffen, um auf einfache und wirtschaftliche Weise die elektrische Heizleistung optimieren bzw. an vorgegebene Bedingungen anpassen zu können.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale jedes unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in den abhängigen Ansprüchen sowie auch in der anschließenden Beschreibung enthalten.
Eine erste Lösung der Aufgabe besteht demnach darin, die Betriebsspannung für das Heizelement gegenüber einer Versorgungsspannung, insbesondere gegenüber der Gleichspannung eines Fahrzeug-Bordnetzes (übliche Batterie-Spannung von z. B. 9 bis 16 V oder 20 bis 32 V), zu reduzieren. Dies kann auf grundsätzlich beliebige Weise erfolgen.
So kann dem Heizelement ein Vorwiderstand in Reihe vorgeschaltet werden. Der Vorwiderstand kann ebenfalls als Heizleiter ausgebildet sein. Es kann sich auch z. B. um einen so genannten Zementwiderstand handeln. Der Vorwiderstand kann in einem separaten Gehäuse oder auch im Bereich eines Leitungsanschlussgehäuses untergebracht sein. Zudem ist es möglich, den Vorwiderstand im Bereich eines Leitungsverbinders, insbesondere innerhalb einer Umkapselung, anzuordnen.
In einer weiteren Alternative kann als Heizleiter ein Heizwendelmaterial eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um mindestens einen Heizdraht, der wendeiförmig um eine dünne Seele verläuft, und diese mit Heizdraht bewickelte Seele verläuft dann als Heizelement wiederum wendeiförmig um die Fluidleitung. Auf diese Weise kann die Länge des Heizdrahtes - und damit auch dessen Widerstand - nahezu beliebig vergrößert bzw. auf einen bestimmten Wert vorgegeben werden.
Eine weitere Lösung besteht erfindungsgemäß darin, die Fluidleitung mit mehreren (mindestens zwei) Heizleitern auszustatten und diese dann insbesondere elektrisch in Reihe zu schalten.
Gemäß einer weiteren Alternative kann eine Stromregelung vorgesehen sein. Dazu kann eine elektronische Kippstufe oder auch eine Relais-Schaltung z. B. in Kombination mit einem temperaturabhängigen Widerstand (NTC, PTC) oder einem Bimetall- Element verwendet werden.
Schließlich kann das Heizelement mit einer Betriebsspannung versorgt werden, die aus der Versorgungsspannung durch eine zur Einstellung oder Regelung der Heizleistung mit einem bestimmten Tastverhältnis getaktete PWM-Steuerung (durch Pulsweitenmodulation) erzeugt wird. Hierbei resultiert der jeweilige Betriebsstrom aus einem Effektivwert der getakteten, gepulsten Betriebsspannung und einem jeweils aktuellen, temperaturabhängigen Widerstand des Heizelementes. Vorteilhafterweise kann dabei die jeweilige Ist-Heizleistung des Heizelementes über eine Leistungsregelung durch Variation des PWM-Tastverhältnisses auf eine vorgegebene Soll-Heizleistung geregelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der zuletzt genannten Maßnahme der PWM- Steuerung ist vorgesehen, dass im Falle von mehreren (d. h. mindestens zwei, vorzugsweise drei) elektrisch in Reihe geschalteten Heizelementen, die vorzugsweise der Fluidleitung und deren zwei Leitungsverbindern zugeordnet sind, über die PWM- Steuerung die Heizleistungen der einzelnen Heizelemente separat steuerbar und/oder regelbar sind. Dazu kann jedem Heizelement oder zumindest einigen aller vorhandenen Heizelemente jeweils ein elektronischer Schalter derart parallel geschaltet sein, dass durch PWM-Ansteuerung des Schalters das jeweilige Heizelement getaktet kurzschließbar ist. Zusätzlich kann die gesamte Heizelement- Reihenschaltung über einen in Reihe geschalteten Schalter ebenfalls PWM-getaktet angesteuert werden.
Diese vorteilhafte Ausgestaltung kann als „intelligente Leitung" bezeichnet werden, weil die innerhalb des Heizsystems vorhandenen Heizelemente weitgehend unabhängig von der Leitungslänge und der Anzahl der elektrischen Heizelemente für eine Optimierung der Heizleistungen angesteuert werden können.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass alle beschriebenen Merkmale nicht nur bei „kurzen Leitungen", sondern unabhängig von der jeweiligen Leitungslänge für das/jedes Leitungs-Heizelement sowie auch bei jedem der anderen Heizelemente der Leitungsverbinder anwendbar sind.
Anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrisch beheizbaren Fluid-
Leitungssystems in einer Perspektivdarstellung mit einem Heizsystem mit drei zusätzlich schematisch als Schaltungssymbole eingezeichneten Heizelementen,
Fig. 2 ein schematisches Ersatzschaltbild des Heizsystems nach Fig. 1 ,
Fig. 3 eine vereinfachte Prinzipansicht eines Abschnittes einer Fluidleitung mit einem Heizelement in Form eines wendeiförmigen Heizdrahtes,
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild zu Fig. 3,
Fig. 5 ein weiteres Ersatzschaltbild zu Fig. 3 mit einem zusätzlichen
Vorwiderstand,
Fig. 6 einen gegenüber Fig. 3 vergrößerten Abschnitt einer Fluidleitung mit einem besonderen Heizelement,
Fig. 7a-c verschiedene Ausführungsbeispiele des besonderen Heizelementes gemäß Fig. 6,
Fig. 8 ein weiteres Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Heizsystems in einer besonderen Ausgestaltung,
Fig. 9 ein Schaltbild einer elektronischen Kippstufe zur Stromregelung des
Heizelementes,
Fig. 10 ein weiteres Schaltbild einer Kippstufe in einer Alternative zu Fig. 9,
Fig. 11 eine Ausführungsvariante zu Fig. 10, Fig. 12 ein Ersatzschaltbild in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heizsystems,
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Reglereinheit,
Fig. 14 ein vereinfachtes Blockschaltbild zum Grundprinzip der Reglereinheit,
Fig. 15 eine schematische Blockdarstellung einer Treiberstufe,
Fig. 16 Diagramme zur Erläuterung einer PWM-Modulation der Versorgungsspannung zur Erzeugung von modulierten Betriebsspannungen für die Heizelemente,
Fig. 17 einen Abschnitt einer Fluidleitung mit Heizdraht in einer besonderen
Ausführungsform, wobei die Teilfiguren a) und b) verschiedene Zustände während eines Fertigungsprozesses zeigen, und
Fig. 18 eine vergrößerte und teilweise geschnittene Darstellung eines
Endabschnittes einer Fluidleitung in einer alternativen Ausgestaltung des Heizelementes.
In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist beispielhaft ein Fluid-Leitungssystem 1 dargestellt, welches aus einem Leitungssatz mit einer Fluidleitung 2 und zwei endseitig mit der Leitung 2 verbundenen Leitungsverbindern 4, 6 sowie aus elektrischen Heizmitteln besteht. Als Heizmittel sind elektrische Widerstands-Heizelemente R vorgesehen, und zwar weisen die Fluidleitung 2 ein elektrisches Heizelement RL und bevorzugt jeder Fluidverbinder 4, 6 als Heizmittel ein elektrisches Heizelement RVi bzw. RV2 auf. Alle Heizelemente (elektrische Heizwiderstände R) können bevorzugt aus jeweils mindestens einer Bewicklung mit mindestens einem Heizdraht 8 bestehen (siehe hierzu Fig. 3 sowie Fig. 13 und 14). Es ist vorteilhaft, wenn die Heizelemente Rvi und Rv2 der Leitungsverbinder 4, 6 jeweils mit einem äußeren Gehäuse 10 umkapselt sind, und die Fluidleitung 2 weist zweckmäßig einen äußeren, das Heizelement RL umgebenden Mantel 12, beispielweise in Form eines Wellrohres auf.
Innerhalb eines Fahrzeuges und bei der bevorzugten Anwendung für ein SCR- Katalysatorsystem bilden in der Regel mehrere einzelne Leitungssysteme 1 ein Gesamt-Leitungssystem, und zwar für die erforderlichen Fluid-Verbindungen zwischen einem Tank und einem Fördermodul (mit Vor- und Rücklauf) und zwischen dem Fördermodul und einer Dosiereinheit (als Einzelleitung oder auch mit Vor- und Rücklauf), wobei die Dosiereinheit das SCR-Reduktionsadditiv dosiert in einen Abgasstrang einbringt. Je nach Anordnung der zu verbindenden Aggregate innerhalb des jeweiligen Fahrzeuges können sehr unterschiedliche Längen der einzelnen Leitungen erforderlich sein, was auch einen Einfluss auf die Widerstände der jeweiligen Heizelemente und damit auch - bei vorgegebener Versorgungsspannung U - auf deren Heizleistungen hat.
Wie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist, kann bei bestimmten Aggregat- Verbindungen die Länge L der jeweiligen Fluidleitung 2 derart klein sein, dass auf diesem Teilstück der Leitung 2 mit der Länge L nur derart wenig Heizdraht 8 angeordnet ist bzw. angeordnet sein kann, dass der elektrische Widerstand des Heizelementes RL ZU gering ist. Deshalb wird gemäß Fig. 4 das Heizelement RL der Fluidleitung 2 mit einer elektrischen Betriebsspannung UB betrieben, die gegenüber einer Versorgungsspannung U (in einem Fahrzeug die dort vorhandene Gleichspannung des jeweiligen Bordnetzes in aller Regel die Batteriespannung von z. B. 9 bis 16 V oder 20 bis 32 V) auf beispielsweise etwa 50 % reduziert ist. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung von 14 V auf 5 bis 8 V reduziert werden.
Gemäß Fig. 5 kann dies in einfachster weise durch einen Vorwiderstand R erreicht werden, der in elektrischer Reihenschaltung mit dem Heizelement RL angeordnet ist, wobei der Vorwiderstand R so ausgelegt ist, dass an dem Heizelement RL die gewünschte Betriebsspannung UB anliegt. Somit fällt an dem Vorwiderstand R die Spannungsdifferenz UR = U - UB ab.
In der alternativen Ausführung gemäß Fig. 6 wird als Heizelement RL ein Heizwendelmaterial 14 eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen Heizdraht 8, der wendeiförmig um eine dünne Seele 14a verläuft, und diese mit dem Heizdraht 8 bewickelte Seele 14a verläuft dann als Heizelement RL wiederum wendeiförmig bzw. schraubenlinienförmig um die Fluidleitung 2. In Fig. 7 sind verschiedene Ausführungen des Heizwendelmaterials 14 veranschaulicht. Gemäß Fig. 7a kann es sich um eine Einfachwendel oder gemäß Fig. 7b um eine Mehrfachwendel mit zwei bis zehn (wie dargestellt z. B. drei) parallel verlaufenden Heizdrähten handeln. Bei der Ausführung gemäß Fig. 7c sind unterschiedliche Abschnitte A1 bis A4 mit verschiedenen Windungsabständen vorgesehen.
In Fig. 8 ist eine weitere Alternative veranschaulicht, wobei das Heizelement RL der Fluidleitung 2 aus mehreren (mindestens zwei, wie dargestellt aber vier) Heizleitern RLi bis RL4 besteht, die allesamt elektrisch in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise kann ebenfalls ein erhöhter Gesamtwiderstand erreicht werden. Wie in Fig. 8 zusätzlich dargestellt ist, können die Heizelemente Rvi und Rv2 der Leitungsverbinder 4, 6 jeweils parallel zu einem der mehreren Heizleiter der Fluidleitung 2 geschaltet sein; wie dargestellt ist beispielsweise Rvi parallel zu Rn und Rv2 parallel zu RL4 angeordnet. Hierbei werden die Widerstände Rvi und Rv2 in Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtleistung an die Widerstände Ru, RL4angepasst.
In Fig. 9, 10 und 11 ist beispielhaft jeweils ein Schaltbild einer elektronischen Kippstufe 16 dargestellt. Diese Kippstufe 16 dient zur elektronischen Stromregelung (Zweipunktregelung) des Heizelementes RHΘIZ- Vorteilhafterweise arbeitet die Kippstufe 16 autark ohne gesonderte Steuerung oder Regelung mit konstanter Taktfrequenz. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 9 bis 11 wird das jeweilige Heizelement RHβιz über einen elektronischen Schalter 17 geschaltet. Der Schalter 17 wird über einen Spannungsteiler aus einem temperaturabhängigen Widerstand RNTC oder RPTc und einem Vorwiderstand R angesteuert, wobei der temperaturabhängige Widerstand räumlich in der Nähe des Heizelementes RHΘIZ angeordnet ist, um dessen Wärme zu erfassen. Dadurch ändert sich im Betrieb das Spannungsteiler-Verhältnis derart, dass über den Schalter 17 das Heizelement RHβιz periodisch oder zyklisch ein- und ausgeschaltet wird.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 9 ist der Schalter 17 als pnp-Transistor ausgebildet, und der temperaturabhängige Widerstand RNTC weist einen negativen Temperaturkoeffizient (NTC) auf. Dabei kann durch Austausch des pnp-Transistors in einen npn- Transistor und Tausch des RNTC in einen Widerstand RPTC mit positivem Temperaturkoeffizient ein gleichwirkender Schaltungsaufbau erreicht werden. Gemäß Fig. 10 handelt es sich ebenfalls um einen pnp-Transistor, aber um einen Widerstand RPTC mit positivem Temperaturkoeffizient. Gemäß Fig. 11 kann die Kippstufe 16 als Schalter 17 auch einen npn-Transistor in Verbindung mit einem Widerstand RNTC mit negativem Temperaturkoeffizient aufweisen.
Alternativ zu Fig. 9 bis 11 kann auch eine entsprechende Schaltung mit Zweipunkt- Regelung durch eine Kippstufe in Form einer nicht dargestellten Relais-Schaltung beispielsweise in Kombination mit einem Bimetall-Element vorgesehen sein.
Wie sich nun aus Fig. 12 ergibt, kann zumindest das Leitungs-Heizelement RL auch von einem elektronischen Steuerglied 18 angesteuert werden, indem das Heizelement zur Einstellung oder Regelung seiner Heizleistung mit einem bestimmten Tastverhältnis PWM-getaktet wird. Dazu kann gemäß Fig. 12 ein elektronischer Schalter 20 derart parallel zu dem Heizelement geschaltet sein, dass durch PWM- Ansteuerung (PWM 1 ) des Schalters 20 das jeweilige Heizelement getaktet kurzschließbar ist. Alternativ dazu oder auch zusätzlich kann innerhalb des Steuergliedes 18 ein entsprechender elektronischer Schalter 20a in Reihe mit dem Heizelement so vorgesehen sein, dass über eine PWM-Taktung (PWM 2) das Heizelement getaktet ein- und ausgeschaltet werden kann. Dabei ist das jeweilige Tastverhältnis der PWM-Ansteuerung zur Einstellung und/oder Regelung der Heizleistung variabel.
Wie sich aus Fig. 2 und 12 ergibt, können auch alle in Reihe geschalteten Heizelemente Rvi, RL und Rv2 eines Leitungssystems 1 gemeinsam über das Steuerglied 18 pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Diese Option ist in Fig. 2 mit der Klammerangabe „(PWM)" angedeutet.
Wie sich nun weiterhin aus Fig. 12 ergibt, kann auch bei der Reihenschaltung aller Heizelemente vorteilhafterweise eine individuelle Ansteuerung jedes einzelnen Heizelementes vorgesehen sein. Dazu kann jedem Heizelement ein elektronischer Schalter 20 parallel geschaltet sein, wobei das Steuerglied 18 die einzelnen Schalter 20 individuell PWM-moduliert ansteuern kann. Dazu können die Schalter 20 über einen gemeinsamen Steuerbus 22 individuell angesteuert werden, indem die Schalter 20 über eine integrierte Intelligenz anhand einer Adressierung aktiviert werden können. Dieses System kann als „intelligenter Leitungssatz" bezeichnet werden.
Gemäß Fig. 12 kann auch einer der Schalter 20, insbesondere der zu dem Leitungs- Heizelement RL parallele Schalter 20 (deshalb durch gestrichelte Umrahmung als Option gekennzeichnet) entfallen, so dass nur die Heizelemente Rvi und Rv2 der Leitungsverbinder 4, 6 jeweils einen parallelen intelligenten Schalter 20 aufweisen, wobei diese Schalter 20 individuell über den Steuerbus 22 von der PWM-Steuerung PWM 1 ansteuerbar sind. Die Gesamtleistung der Reihenschaltung der Heizelemente kann dann über einen zusätzlich in Reihe liegenden Schalter 20a über die Steuerung PWM 2 gesteuert werden.
Anhand der Fig. 13 bis 16 sollen bevorzugte Maßnahmen zur Regelung der Heizleistung der Heizelemente R erläutert werden, wobei die Schalter 20, 20a gemäß Fig. 12 als Transistoren T (Ti, T2) bezeichnet sind. Die Heizelemente R sind über die zugehörigen Transistoren Ti, T2, zur Einstellung der Heizleistung steuerbar. Dadurch kann die Heizleistung konstant gehalten oder an bestimmte Bedingungen, wie insbesondere die jeweilige Außen- bzw. Umgebungstemperatur, angepasst werden. Zudem ist dadurch die Heizleistung unabhängig von der jeweiligen Betriebsspannung einstellbar. Bevorzugt sind die Schalter bzw. Transistoren T zur Regelung der Heizleistungen der Heizelemente R von einer Reglereinheit 30 ansteuerbar, deren Regelgröße somit die jeweilige Heizleistung ist, indem die jeweilige tatsächliche Heizleistung als Istwert ermittelt und auf eine vorgegebene Soll-Heizleistung (Sollwert) geregelt wird. Als Sollwert kann somit jeweils eine bestimmte, zuvor unter Berücksichtigung bestimmter Parameter (wie z. B. Leitungslänge, Umgebungstemperatur und/oder dergleichen) ermittelte Heizleistung (P = U ■ I) konkret vorgegeben werden. Es ist aber auch möglich, als Sollwert eine andere physikalische Größe (z. B. geometrische Parameter, wie Material, Anzahl, Durchmesser und Länge der Heizleiter, die Außen- bzw. Umgebungstemperatur, Betriebstemperatur des SCR- Systems und/oder eine vorgegebene Auftauzeit) vorzugeben, wobei dieser Sollwert dann vom System selbsttätig zu einer Soll-Heizleistung bzw. zu einer effektiven Spannung transformiert wird.
Die erfindungsgemäße Regelung basiert in der Hauptsache auf einer PWM- Ansteuerung des jeweiligen Schalters bzw. Transistors T, d. h. auf einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung mit hinsichtlich ihrer zeitlichen Breite variablen Schaltimpulsen. Dazu wird eine Versorgungsspannung U, in einem Fahrzeug die Batteriespannung von z. B. 9 bis 16 V oder 20 bis 32 V, über den jeweiligen Schalter T getaktet auf die Heizelemente R geschaltet. Die Regelung erfolgt dabei durch Variation des so genannten Tastverhältnisses bzw. des Modulationsgrades m.
Dazu wird auf Fig. 16 verwiesen, wonach innerhalb einer Gesamt-Schaltperiode T ein Impuls mit einer variablen Einschaltzeit tan erzeugt wird. Die verbleibende Zeit ist als Ausschaltzeit mit taus bezeichnet. Dabei ist das Tastverhältnis definiert durch:
m = T Somit kann m einen Wert im Bereich von 0 bis 1 annehmen. Die so gebildeten Spannungsimpulse führen zu einem Effektivwert UΘff = m ■ U, der somit in einem Bereich von 0 % bis 100 % der Versorgungsspannung U liegen kann.
Werden die Heizelemente R nun mit der jeweiligen getakteten Betriebsspannung Ui, U2, ggf- U3 versorgt, so resultiert daraus - nach dem Ohm'schen Gesetz
- ein effektiver Strom, der sich aus dem jeweiligen Effektivwert der Betriebsspannung dividiert durch den jeweils aktuellen, temperaturabhängigen Widerstand R(T) des jeweiligen Heizelementes R ergibt. Für die Heizleistung des jeweiligen Heizelementes R bedeutet dies:
P = τn - U - I = τn - — R(T) = τn - I2 - R( VT) J
Daraus ergeben sich für Spannung und Strom annähernd Rechteckimpulse mit jeweils nur zwei Zuständen, zeitweise volle Versorgungsspannung / voller Strom und zeitweise spannungs- /stromlos (Pausen).
Das erfindungsgemäße Prinzip der Regelung ist in Fig. 14 vereinfacht dargestellt. Ein MikroController 32 ist in den Regelkreis integriert und enthält einen Regler 34 für das Tastverhältnis m eines PWM-Modulators 36, der eine Stellgröße u(t) für eine nachgeschaltete Regelstrecke 38 abgibt. Der Istwert am Ende der Regelstrecke 38 wird als Regelgröße y(t) über einen Sensor 40 abgegriffen und vorzugsweise über einen A/D-Wandler 42 als angepasste Rückführungsgröße y'(t) dem Regler 34 bzw. einem Addierer 44 zugeführt, der daraus und aus einem Sollwert (Führungsgröße) w(t) eine Regeldifferenz e(t) = w(t) - y(t) für den Regler 34 erzeugt. Mit z(t) ist noch eine Störgröße eingezeichnet, bei der es sich um (mindestens) eine von außen auf das System einwirkende Größe, wie z. B. die Außentemperatur (äußere Umgebungstemperatur) handelt. So erzeugt der Fahrtwind höhere Wärmeverluste. Es kann auch bereichsweise ein Wärmestau auftreten. Zudem kann es zu temperaturabhängigen Schwankungen des Widerstandes der Heizelemente kommen
Die Regelgröße des Leistungsreglers (Reglereinheit 30) ist die Heizleistung. Als Führungsgröße/Sollwert (Kennfeld) w(t) bzw. zu deren Festlegung können wahlweise folgende Größen verwendet werden (ggf. in teilweiser Kombination):
- effektive Spannung
- Temperatur des Heizelementes, des Fluids, der Fluidleitung und/oder des Leitungsverbinders
- eine vorgegebene Auftauzeit (insbesondere im Kombination mit der effektiven Spannung
- Heizleistung
- Widerstand des Heizelementes (Rmιr/Rmax)
- geometrische Parameter (Heizelement: Art, Material, Anzahl, Durchmesser und Länge von Heizleitern)
- Umgebungstemperatur
- Betriebstemperatur des Fluidsystems.
Der Ausgang der Regelstrecke 38 wird konstant gehalten. Es handelt sich somit um das Prinzip einer Festwertregelung, wobei die Führungsgröße w(t) fest vorgegeben wird. Durch die Verwendung eines Festwertreglers ist es vorteilhafterweise möglich, bei Änderungen im Bereich des Fluid-Leitungssystems 1 bzw. bei Änderungen im Bereich der Wärmeübertragung zwischen Heizelement und Leitungssystem durch Ändern von nur einem Parameter, und zwar der Führungsgröße w(t), den Regler anzupassen.
In Fig. 13 ist beispielhaft ein Blockschaltbild einer Regelung für zwei separat steuerbare Heizelemente bzw. Heizelement-Gruppen über zugehörige Schalter Ti, T2 veranschaulicht, wobei die Heizelemente selbst in Fig. 13 nicht dargestellt, sondern über ein Steckverbindungsteil 46 anschließbar sind. Für jedes Heizelement ist eine Treiberschaltung 48 (48.1 , 48.2) mit dem jeweiligen Schalter T1 , T2 vorgesehen. Jede Treiberschaltung 48 kann mit dem jeweiligen Schalter Ti bzw. T2 als so genannter „High-Side-Driver" ausgeführt sein (vgl. Fig. 15). Der MikroController 32 enthält für jede Treiberschaltung 48 einen eigenen PWM-Modulator 36.1 , 36.2. Jede Treiberschaltung 48 ist bei dem dargestellten Beispiel über einen Sensor 40.1 , 40.2 mit einem eigenen Eingang ADC des MikroControllers 32 verbunden. Alternativ ist aber auch ein Multiplexer-Betheb über einen gemeinsamen Eingang ADC möglich. Die Versorgungsspannung U wird über einen Spannungsregler 50 in eine Speisespannung von insbesondere 5V umgeformt und dem MikroController 32 zugeführt. Weiterhin wird die Versorgungsspannung U auch allen Treiberschaltungen 48 zugeführt. Zusätzlich ist ein Spannungsteiler 52 zur Überwachung der Versorgungsspannung U und zum Detektieren der Eingangsspannungshöhe vorgesehen, da diese ja in verschiedenen Fahrzeugen unterschiedlich hoch sein kann. Mit den Treiberschaltungen 48 wird die Heizleistung der Heizelemente gesteuert.
Wie sich weiterhin aus Fig. 13 ergibt, ist der MikroController 32 zusätzlich mit einer Konstantstromquelle 54 verbunden, deren Ausgang über eine Schalteinrichtung 56 wahlweise einzeln auf jedes Heizelement bzw. jede Gruppe geschaltet werden kann.
In Fig. 15 ist eine der Treiberschaltungen 48 stark vereinfacht dargestellt. Dazu sei bemerkt, dass die Treiberschaltung einen speziellen Ausgang 58 für ein dem jeweiligen Betriebsstrom des Heizelementes proportionales Sensorsignal aufweist, welches dem Sensor 40 zugeführt wird. Im Folgenden soll die Funktion der Regelung genauer erläutert werden.
Zur Ermittlung des jeweils erforderlichen Tastverhältnisses m wird einerseits einmalig zur Initialisierung bei Betriebsbeginn sowie andererseits zyklisch während des Betriebs in jeweils einem Messzyklus für das Heizelement R dessen aktueller Widerstand R(T) ermittelt und daraus mit der jeweils anliegenden Versorgungsspannung U das für die jeweils vorgegebene Soll-Heizleistung PSθιι erforderliche PWM-Tastverhältnis m ermittelt. Dazu wird in jedem Messzyklus bei vorübergehend ausgeschaltetem Betriebsstrom I ein bestimmter Konstantmessstrom IM aus der Konstantstromquelle 54 über die Schalteinrichtung 56 durch das jeweilige Heizelement geführt. Die daraus resultierende Spannung UM wird über einen Operationsverstärker 60 auf einen ADC- Eingang des MikroControllers 32 geführt und dient der Auswertung der aktuellen Leistungsdaten. Aus dem Konstantmessstrom und dem zugehörigen Spannungsabfall kann der aktuelle Widerstand nach dem Ohm'schen Gesetz
bestimmt werden. Es kann dann das für die jeweils gewünschte Soll-Heizleistung PSθιι erforderliche PWM-Tastverhältnis m aus dem Produkt Soll-Heizleistung mal aktueller Widerstand dividiert durch das Quadrat der Versorgungsspannung bestimmt werden; es gilt
Im Anschluss an jeden Messzyklus wird für das/jedes zu steuernde Heizelement R die Betriebsspannung mit dem so ermittelten Tastverhältnis mn erzeugt: Un = mn ■ U.
Der oben erwähnte Ausgang 58 jeder Treiberschaltung 48 liefert dann im Betrieb ein Stromsignal, welches einen zum jeweiligen Betriebsstrom (Istwert) proportionalen Referenzstrom darstellt. Der nachgeschaltete Sensor 40 integriert diesen Referenzstrom zur Erzeugung eines Spannungsmittelwertes. Allerdings kann alternativ der Spannungsmittelwert auch berechnet werden. Aus diesen Werten kann dann der Istwert der jeweiligen Heizleistung mit P|St = mn ■ l2 n ■ R(T) bestimmt werden. Die Regelung regelt dann durch Variation des Tastverhältnisses m den Istwert auf die vorgegebene Soll-Heizleistung.
Wie sich noch aus den Diagrammen in Fig. 16 ergibt, wo rein beispielhaft eine Ausführung zur Bereitstellung von drei Spannungen für drei Heizelement-Kreise veranschaulicht ist, können vorzugsweise die Schalter bezüglich der PWM-Steuerung derart zeitversetzt angesteuert werden, dass sich ihre PWM-Signale (vgl. in Fig. 16 die Spannungsimpulse Ui, Ib und U3) nicht oder nur teilweise zeitlich überlappen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, die Heizelemente Ri und R3 mit den Betriebsspannungen Ui und U3 in den Pausenzeiten der Ansteuerung des Heizelementes R2 bzw. dessen Betriebsspannung U2 anzusteuern, wobei abweichend von der Darstellung in Fig. 16 auch die Spannungsimpulse Ui und U3 der Teil- Diagramme b) und c) relativ zueinander zeitlich versetzt innerhalb der Pause von U2 gemäß Diagramm a) liegen können (s. den beispielhaft in Diagramm b) schraffiert und gestrichelt angedeuteten Spannungsimpuls für Ui). Durch diese Maßnahme wird der maximale Gesamtstrom des Heizsystems vorteilhaft gering gehalten.
Weiterhin sind bevorzugt Mittel zur Überwachung der Höhe der Versorgungsspannung U und zur automatischen Anpassung der Regelung an die jeweilige Versorgungsspannung U vorgesehen.
Im Folgenden sollen hinsichtlich der bevorzugten Regelung noch weitere vorteilhafte Möglichkeiten erläutert werden.
In der Reglereinheit 30 kann - insbesondere in Form einer gespeicherten Tabelle - ein Kennfeld zur Bestimmung des Sollwertes hinterlegt sein. Dieses Kennfeld kann aus den Parametern Heizleistung, Umgebungstemperatur, Betriebstemperatur des Fluid- Systems, bestimmten geometrischen Parametern, der vorgegebenen Auftauzeit und/oder dergleichen bestehen. Zudem kann in dem Kennfeld auch eine Temperaturänderungsgeschwindigkeit (dT/dt), eine Widerstandänderungsgeschwindigkeit (dR/dt) und/oder eine Geometrieänderungsgeschwindigkeit (beispielsweise ds/dt) hinterlegt sein. Letzteres berücksichtigt insbesondere Volumenänderungen des Fluids beim Gefrieren oder Auftauen, indem durch geeignete Sensoren eine axiale und/oder radiale Wegänderung erfasst wird.
Vorteilhafte Möglichkeiten für eine solche Sensorik zur Bestimmung des Aggregatzustandes eines Mediums in einer Fluid-Leitung sollen wie folgt beispielhaft beschrieben werden.
Die Veröffentlichung WO 2009/040223 A2 beschreibt eine Anschlussvorrichtung in Form einer Leitungs-Steckverbindung mit derart ausgebildeten Haltemitteln, dass ein eingesteckter und arretierter Steckabschnitt ausgehend von einer Normalbetriebsposition zur Vergrößerung eines innerhalb eines Anschlussteils mit dem Medium beaufschlagten Innenvolumens über einen bestimmten Weg hinweg gegen eine Rückstell kraft relativ zu dem Anschlussteil bewegbar ist. So kann also das gefrierende Medium (z. B. Harnstofflösung) sich ausdehnen. Um hierbei erkennen zu können, ob das Medium gefroren ist oder nicht bzw. ob die Medienleitung einsatzbereit ist oder nicht, können elektrische Messmittel integriert werden, um eine Auswertung des Aggregatzustandes des durchströmenden Mediums vornehmen zu können.
Da sich das gefrierende Medium ausdehnt, kann eine Wegmessung integriert werden. Dies kann beispielsweise über den so genannten Wiegand-Effekt, über Piezoelemente (kapazitive Sensoren), mit Hallgebern (induktive Sensoren) oder aber auch über einen aktiven Schwingkreis (aktive Sensoren) erfolgen. Ferner kann auch ein Lichtsignal (Lasersignal) mittels eines Glasfaserkabels in die Anschlussvorrichtung eingespeist werden, um damit eine Reflexionsänderung zu messen. Auch ist es denkbar, mit Dehnungsmessstreifen die Wegänderung zu messen. 1. Piezoelement
Es werden Piezoelemente angebracht, die so angeordnet sind, dass diese bei einer axialen Wegänderung durch die Volumenausdehnung des gefrorenen Mediums elastisch verformt werden.
2. Hallsensor
Die Wegmessung erfolgt über mindestens einen Hallsensor. Durch die Volumenänderung des Mediums wird die axiale Wegänderung gemessen.
3. Dehnungsmessstreifen (DMS)
Diese Dehnungsmessstreifen werden so angebracht, dass eine axiale/radiale Volumenausdehnung (Wegänderung) messbar ist.
4. Wiegand-Sensor
Ein Wiegand-Draht ist als Federelement ausgeführt, wodurch der Wiegand-Effekt erzeugt wird. Das Federelement hält einen Kolben gegen den Betriebsdruck des fluiden Mediums in einer stabilen Lage, kann alternativ auch als Zusatzfeder angebracht sein.
Der Wiegand-Draht besteht aus einer speziellen Legierung:
- Mantel: hartmagnetisches Metall
- Kern: weichmagnetisches Metall
Es kommt zu einer sprunghaften Ummagnetisierung des Kerns. Dieser Ummagnetisierungsspannungspuls kann mit Hilfe einer Spule, die den Wiegand- Draht umgibt, gemessen und damit der Aggregatzustand des Fluid ausgewertet werden.
5. Einleitung von Lichtsignalen/Laserimpuls; Sensorik mittels Licht-Dispersion
Der Verbinder ist im Schaftbereich zur Fluidleitung lasertransparent, so dass mit einem Laser direkt in das Medium durch den Schaft des Verbinders gepulst und damit die Reflexion des Mediums, die Ablenkung des Lichts bzw. das Durchtreten des Lichts bis auf die andere Seite des Verbinders in Empfänger (Lichtsensoren), die radial am Schaft des Verbinders angeordnet sind, gemessen und somit der Aggregatzustand des Mediums (gefroren, flüssig) bzw. das Nichtvorhandensein des Mediums festgestellt werden kann.
6. Aktiver Schwingkreis, Sensorik mittels Frequenzänderung
Es werden eine Spule als Sender und eine zweite Spule als Empfänger so angeordnet, dass das Medium zwischen diesen Spulen ist. Es wird eine Frequenz auf die Sendespule gegeben, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Dieses erzeugte Feld (die Feldstärke) wird vom Empfänger aufgenommen. Mit den verschiedenen Aggregatzuständen sind auch die Feldstärkenänderungen messbar und auswertbar.
Weiterhin kann durch eine empirische Formel als Funktion der Temperatur (im Heizelement) und der Zeit oder der Änderungsgeschwindigkeit der Heizelement- Widerstandswerte (dR/dt ≠ 0) oder über ein entsprechendes Kennfeld bestimmt werden, ob das gefrorene Fluid aufgetaut ist bzw. ob überhaupt ein Fluid vorhanden ist und die Fluid-Leitung einsatzbereit ist.
Es kann eine Überwachung des PWM-Tastverhältnisses m über die Zeit erfolgen. Bleibt das PWM-Tastverhältnis m über eine bestimmte Zeit in einem gewissen Bereich konstant, d. h. die Heizleistung bleibt konstant und schließlich die Temperatur im Heizelement, da der Widerstand des Heizelementes bzw. die Änderungsgeschwindigkeit der Widerstandswerte konstant bleibt, kann über ein Kennfeld bestimmt werden, ob das gefrorene Medium aufgetaut ist bzw. ob ein Medium vorhanden und aufgetaut ist und die Fluid-Leitung einsatzbereit ist.
Weiterhin kann optional ein Temperaturfühler für die Außen-/Umgebungstemperatur und/oder für die Innentemperatur im Fluid und/oder ein geeigneter Sensor zur Erfassung einer Fluid-Volumenänderung beispielsweise durch eine Wegmessung integriert werden, um davon abhängig verschiedene Parameter für die Regelung vorzugeben und beispielsweise die Heiztemperatur konstant zu halten.
Es besteht weiterhin die vorteilhafte Möglichkeit, das jeweilige Fluid zu erkennen und zu bestimmen. Dazu kann das Auftauverhalten des jeweiligen Mediums über ein in der Reglereinheit abgelegtes Kennfeld beschrieben sein, beispielsweise über die Temperaturänderung und Zeitdifferenz. Durch einen Vergleich mit diesem gespeicherten Kennfeld kann erkannt werden, um welches Medium es sich handelt, beispielsweise ob es tatsächlich ein SCR-Medium (wässrige Harnstofflösung) ist oder nicht. Durch diese vorteilhafte Maßnahme kann eine eventuelle Falsch-Betankung des Fahrzeugs erkannt werden.
Weiterhin kann eine mittelbare Temperaturmessung erfolgen. Anhand der Daten des Heizelementes (elektrischer Widerstand und geometrische Daten, beispielsweise Durchmesser bzw. Querschnitt und Länge eines Heizleiters) und einer durch eine Konstant-Stromquelle gewonnenen Spannung am Widerstand des Heizelementes kann die aktuelle Temperatur bzw. ein Temperaturbereich im Heizelement berechnet werden (über den temperaturabhängigen Widerstand).
Das erfindungsgemäße Heizsystem kann mit Vorteil in ein „On-Board-Diagnose- System" (OBD) einbezogen werden. Dazu kann das erfindungsgemäße System, insbesondere die Reglereinheit 30, an einen so genannten CAN-BUS (Schnittstelle zur OBD) angebunden sein. Über diese Anbindung lässt sich die Temperatur über eine ID einlesen, um davon abhängig verschiedene Parameter bzw. über eine Kennfeld- Abfrage die Leistungszufuhr für die Regelung vorzugeben und beispielsweise die Heiztemperatur konstant zu halten oder auch die Heizung abzuschalten, um in bestimmten Bethebszuständen Energie einzusparen. Vorteilhafterweise führt hierbei die erfindungsgemäße Regelung selbstständig eine Funktionsprüfung und Fehlerdiagnose der Leitung durch und gibt die Information an die OBD-Unit mittels CAN-BUS weiter, ob die Leitung einsatzbereit ist oder nicht. Dies bedeutet, dass die OBD kein Signal an den Regler für den Start der Funktionsprüfungen der Leitung abgibt, vielmehr führt dies das erfindungsgemäße Heizsystem bzw. die Reglereinheit selbst aus.
Hinsichtlich der oben erläuterten PWM-Ansteuerung ist ergänzend zu erwähnen, dass ein bevorzugtes PWM-Frequenzband aufgrund der thermischen Trägheit des Systems im Bereich von 0,1 Hz bis 1 kHz liegt. Hierbei wird bevorzugt eine Periodendauer von 50 ms, also eine Frequenz von 20 Hz vorgegeben.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung können alle Heizelemente (bei allen Komponenten des Fluid-Leitungssystems 1 , insbesondere bei den Leitungsverbindern 4, 6 gleich, d. h. mit gleichen Eigenschaften/Werten, ausgebildet sein, weil die Heizleistung über die Regelung individuell eingestellt werden kann. Somit können die Heizelemente insbesondere der Leitungsverbinder stets beispielsweise aus dem gleichen Heizleiter-Material bestehen und somit unabhängig hergestellt werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems können zusätzliche Sensoren verwendet werden:
- Innen-/Außen-Temperatursensoren
- Innen-/Außen-Drucksensoren (insbesondere Dehnungsmessstreifen zur Erfassung einer Volumen- bzw. Druckänderung beim Einfrieren oder Auftauen des Fluids) Temperaturschalter zur Auftau-/Einfrier-Erkennung, wobei ein beliebiges Referenzmedium (Harnstofflösung oder anderes) sich außerhalb der Fluidleitung in einem hermetisch dichten Gefäß befindet, wobei dieses Gefäß mit einer Druckdose verbunden ist. Die Druckdose betätigt einen Schaltkontakt.
Temperaturabhängige Widerstandsmessung
- Widerstandsänderungsgeschwindigkeit dR/dt
Das erfindungsgemäße System arbeitet verlustleistungsoptimiert, der Regler benötigt keinen Kühlkörper.
Durch den Regler kann eine Fehlererkennung und Fehlerauswertung bezüglich des Leitungssystems und insbesondere eine Rückmeldung an die OBD-Unit erfolgen, insbesondere zur Erkennung, ob das System funktionsfähig ist. Hierbei werden beispielsweise folgende Kriterien berücksichtigt:
- Leitung defekt (Kurzschluss, Übertemperatur im Treiber)
- Leitung zu heiß
- Leitung wird nicht warm
- Kein Fluid in der Leitung
- Batteriespannung außerhalb eines bestimmten Arbeitsbereiches
- Sensorsignal außerhalb eines Arbeitsbereiches
- Widerstandswerte außerhalb eines Betriebsbereiches
Aufgrund der Ansteuerung der Heizelemente mit PWM-Impulsen sollten Maßnahmen zur EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) vorgesehen sein:
- Verwendung von geschirmten Leitungen/Kabeln Abgeschirmtes Gehäuse für die Regelung
o Werkstoff des Gehäuses selbst ist elektrisch leitend
o metallische Folie (z. B. AIu) in das Gehäuse einbringen (Auskleben, Auskleiden)
Abschirmung um alle Heizelemente, d. h. im Bereich des Leitungsmantels 12 und im Bereich der Gehäuse 10 der Leitungsverbinder, wobei diese Abschirmung verklebt oder nicht verklebt und ausgebildet sein kann als '
o Drahtgeflecht
o Foliengeflecht
o (gewickelte, ggf. selbstklebende) Folie, die zweckmäßigerweise auch als Hitzeschutz verwendet werden kann
- die Abschirmung kann zur Fixierung des Heizelementes insbesondere im Bereich der Fluidleitung genutzt werden.
Abschließend sollen noch einige vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale erläutert werden.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, kann das Steuerglied 18 innerhalb eines im Leitungsbereich angeordneten Anschlussgehäuses 23 untergebracht und über elektrische, bevorzugt in einem Mantel 25 (z. B. Wellrohr) verlaufende Anschlussleitungen und über Steckverbindungen 27 mit der Versorgungsspannung U verbindbar sein. Entsprechendes gilt auch für die bevorzugte Reglereinheit 30.
Bei der Reihenschaltung der Heizelemente RL, RVI und Rv2 des Leitungssystems 1 gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 12 ist es vorteilhaft, wenn das Heizelement RL der Fluidleitung 2 einen Widerstand pro Meter Leitungslänge aufweist, der in einem konstanten Verhältnis V zu dem Widerstand jedes Verbinder-Heizelementes steht. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis V = 10:1. Beträgt beispielsweise die Heizleistung jedes Verbinder-Heizelementes Rvi bzw. RV2 1 ,5 W, so weist das Heizelement RL der Leitung 2 eine Heizleistung von 15 W/m auf. Aufgrund dieses konstanten Verhältnisses wird nur ein Heizleiter-Material für das komplette mehrteilige Leitungssystem 1 benötigt.
Wie sich noch aus Fig. 17 ergibt, kann bei einer Vorfertigung die Fluidleitung 2 derart mit dem Heizdraht 8 bewickelt werden, dass jeweils an den Enden der Fluidleitung 2 mehr Heizdraht 8 durch engere Bewicklung aufgewickelt wird. Dabei wird bevorzugt das obige konstante Wickelverhältnis entsprechend berücksichtigt. Es kann dann vor dem Anschluss der Leitung 2 an die Leitungsverbinder 4, 6 jeweils endseitig aus einem „Draht-Reservoir" ein Stück des Heizdrahtes 8 aus einer Leitungsisolation herausgezogen werden (siehe die Pfeile in Fig. 17b), und diese Längen können dann zum Umwickeln des jeweiligen Leitungsverbinders 4, 6 verwendet werden. Hierdurch entfallen vorteilhafterweise Anschlussverbindungen z. B. durch Crimpen zwischen Leitung 2 und Verbindern 4, 6.
Wie beispielhaft in Fig. 18 dargestellt ist, kann ein entsprechendes Heizdraht-Reservoir mit besonders großer Länge des Heizdrahtes 8 dadurch gebildet werden, dass der Heizdraht 8 im Endbereich der Leitung 2 in Umfangshchtung der Leitung zickzack- oder mäanderförmig aufgebracht ist. Hierbei können mehrere Mäander-Zonen in Längsrichtung hintereinander vorgesehen sein, wobei jeweils zwischen diesen Zonen Markierungen 24 auf der Leitung vorgesehen sind, die Soll-Schnittstellen markieren. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im jeweiligen unabhängigen Anspruch definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des jeweiligen unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Ansprüche
1. Heizsystem für ein Fluid-Leitungssystem (1 ), wobei zumindest einer Fluidleitung (2) mindestens ein elektrisches Heizelement (RL) zugeordnet ist, das zur Beaufschlagung der Fluidleitung (2) mit einer vorbestimmten Heizleistung mit einer elektrischen Betriebsspannung (UB) versorgt wird, d ad u rch g e ken nze i ch n et, d ass die Betriebsspannung (UB) gegenüber einer Versorgungsspannung (U) reduziert ist.
2. Heizsystem nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , d ad u rch g e ke n nze ich n et, d ass dem Heizelement (RL) ein Vorwiderstand (R) in Reihe vorgeschaltet ist.
3. Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , d ad u rch g e ken nze i ch n et, d ass das Heizelement (RL) aus einem schraubenlinienförmig um die Fluidleitung (2) verlaufenden Heizwendelmaterial (14) besteht, wobei mindestens ein Heizdraht (8) schraubenlinienförmig um eine Seele (14a) des Heizwendelmaterials (14) verläuft.
4. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , d ad u rch g e ken nze i ch n et, d ass das Heizelement (RL) aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Heizleitern (RLi bis RL4) besteht.
5. Heizsystem nach Anspruch 4, d ad u rch g e ken nze i ch n et, d a ss mindestens ein Heizelement (Rvi/Rv2) eines mit der Fluidleitung (2) verbundenen Leitungsverbinders (4, 6) parallel zu einem der in Reihe geschalteten Heizleiter (RLI/RI_4) der Fluidleitung (2) geschaltet ist.
6. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , d ad u rch g e ke n n ze i ch n et, d ass das Heizelement (RL) über eine Schaltung mit insbesondere konstanter Taktfrequenz angesteuert wird.
7. Heizsystem nach Anspruch 6, d ad u rch g e ke n n ze ich n et, d a ss eine Kippstufe (16) insbesondere mit einem temperaturabhängigen Widerstand (RNTC; RPTCJ oder einem Bimetall-Element vorgesehen ist.
8. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , d ad u rch g e ken nze i ch n et, d ass das Heizelement (RL) mittels eines elektronischen Steuergliedes (18) zur Einstellung oder Regelung seiner Heizleistung mit einem bestimmten, vorzugsweise variablen Tastverhältnis pulsweitenmoduliert getaktet angesteuert wird.
9. Heizsystem nach Anspruch 8, d ad u rch g e ke n n ze i ch n et, d a ss das der Fluidleitung (2) zugeordnete Heizelement (RL) mit mindestens einem weiteren Heizelement (Rvi/Rv2), vorzugsweise mit zwei jeweils einem Leitungsverbinder (4, 6) zugeordneten Heizelementen (RVi, Rv2) elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei das Steuerglied (18) zumindest eine Teilmenge der vorhandenen Heizelemente (RL, RVI, RV2) einzeln zur individuellen Einstellung oder Regelung seiner Heizleistung ansteuert.
10. Heizsystem nach Anspruch 9, d ad u rch g e ken n ze i ch n et, d ass dem/jedem individuell anzusteuerndem Heizelement (RL, Rvi, Rv2) ein elektronischer Schalter (20) parallel geschaltet ist, wobei die Schalter (20) von dem Steuerglied (18) über einen Steuerbus (22) individuell ansteuerbar sind.
11. Heizsystem nach Anspruch 9 oder 10, d ad u rch g e ke n nze i ch n et, d ass die Gesamt-Heizleistung der Reihenschaltung aller Heizelemente (RL, RVI, RV2) über einen ebenfalls in der Reihenschaltung liegenden elektronischen Schalter (20a) von dem Steuerglied (18) steuerbar oder regelbar ist.
12. Heizsystem insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , d ad u rch g e ken nze i ch n et, d a ss bei einer Reihenschaltung des Leitungs-Heizelementes (RL) mit mindestens einem Heizelement (RVi, Rv2) eines mit der Fluidleitung (2) verbundenen Leitungsverbinders (4, 6) das Leitungs-Heizelement (RL) eine Heizleistung pro Meter Leitungslänge (L) aufweist, die in einem bestimmten Verhältnis von insbesondere 10 : 1 zu der Heizleistung des/jedes Verbinder-Heizelementes (Rvi, Rv2) steht.
13. Heizsystem insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d ad u rch g e ke n n ze ich n et, d a ss die Fluidleitung (2) derart mit einer Heizdraht-Bewicklung und einem in mindestens einem Leitungs- Endbereich vorgesehenen, durch engere Bewicklung gebildeten Heizdraht- Reservoir vorgefertigt ist, dass eine bestimmte Länge des Heizdrahtes (8) aus dem Reservoir herausziehbar und zum Bewickeln eines mit der Fluidleitung (2) zu verbindenden Leitungsverbinders (4, 6) verwendbar ist.
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