WO2015032967A1 - Anordnung mit einem ferromagnetischen werkstück und einer um zumindest einen abschnitt des werkstücks angeordneten heizwicklung - Google Patents

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heating
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ferromagnetic
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Stephan Bolz
Martin GÖTZENBERGER
Gerhard Haft
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • Fuel for gasoline engines - especially bioethanol - can be heated to improve the cold start behavior by means of a heater located in the injection valve.
  • DE 10 2011 085 680 AI discloses such an injection valve with a heating coil arranged around the fuel channel which inductively heats metallic or ferromagnetic parts of the valve by driving with high-frequency current.
  • FIG. 1 shows such a known fuel injection valve 1.
  • Fuel injection valve 1 is opened or closed by a magnetically actuated ⁇ valve needle 2.
  • the valve needle 2 is movably mounted in a fuel passage 3, wherein the fuel passage 3 is formed in a valve housing 7.
  • a winding support 5 is arranged with a wound thereon heating coil 6.
  • a protective sheath 9 of this preferably made of plastic arranged. The surrounded by the heating coil 6 part of the valve housing 7 and possibly the valve needle serve as a workpiece to be heated.
  • the heating coil 6 can be energized, for example according to the US 3,506,907 by means of a power semiconductor switch full bridge circuit with energy, wherein a series circuit of a capacitor and the heating coil is connected in the bridge branch.
  • the bridge circuit is operated in series resonance, so that by the thereby taking place energy ⁇ transfer from the motor vehicle battery, the valve housing and possibly the metallic valve needle are heated inductively.
  • DE 102011 085 085 AI it is also known to operate such a heating coil together with a capacitor alternatively in a parallel resonant circuit of an oscillator circuit.
  • Control driver electronics The resonant energy transfer has proven to be very efficient, but for technical implementation remplireaktanzen among other things in the form of said capacitors are required.
  • these components have the disadvantage that they are relatively large / bulky and expensive, making their use unattractive in ECUs of automotive electronics.
  • four power output stages are required, so that determine the reactances to a significant extent size and cost of the control driver electronics.
  • the thickness of the layer of the highly conductive material is less than 50ym, wherein the highly conductive material is preferably made of copper.
  • the active power which is available as heating power, be increased significantly due to the lower ohmic resistance of the workpiece to be heated.
  • the heating coil is surrounded at its non-workpiece facing sides by a ferromagnetic material which is in contact with the workpiece in the region of the ends of the heating coil and has at least one continuous interruption in the longitudinal direction of the heating coil.
  • the interruption in the longitudinal direction of the jacket of the heating coil is necessary in order to prevent eddy currents in the jacket.
  • Heating coil arranged a thin layer of insulating material.
  • this is formed with a good electrical conductivity wire with rectangular cross-section and electrically insulating coating.
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve with a heating coil for inductive heating according to the prior art
  • Figure 2 shows a transformer equivalent circuit diagram for a heating ⁇ winding on a workpiece
  • FIG. 3 shows a drive circuit for a heating coil for inductive heating
  • Figure 4 shows an inventive arrangement with a than
  • An arrangement according to the invention which is formed with a heating coil 6 and its enclosed workpiece 7, 2, in particular a portion of a fuel injection valve stem, which is shown in Figure 1, can be considered as a transformer whose equivalent circuit diagram is shown in Figure 2.
  • the valve stem portion in addition to its function as an iron core to guide the magnetic field and the secondary winding with a single, short-circuited turn. From the electrical resistance of the valve body and its geometry results in a resistance in the circumferential direction, which represents a secondary load resistance R_Is.
  • the secondary voltage Usec is formed by the transformed voltage on the heating coil Uprim.
  • FIG. 3 An equivalent circuit diagram with transformed, effective load resistance R_I and a full bridge circuit with power transistors Tl, T2, T3, T4 as an indication of control electronics is shown in FIG. 3
  • the transistors Tl and T4 or T2 and T3 are alternately periodically switched on and off. Due to the inductance of the heating coil and this mainly due to the main inductance L_h, the time course of the current through the heating coil is effected by a nearly linear current increase or decrease. The smaller the value of the main inductance L_h, the steeper the rising or falling edges, which leads to an unfavorable ratio of active to reactive power. It is therefore desired as large a main inductance L_h.
  • the heater voltage Uprim is - determined by the supply from the vehicle electrical system voltage -.
  • the secondary effective resistance of the valve body material is largely determined by design.
  • ge ⁇ remains according to the above formula as the only free parameter, the gear ratio of the transformer, so the number of turns of the heating coil.
  • a reduction in the number of turns reduces the primary effective resistance R_I and thus increases the heating power.
  • a reduction in the number of turns would be required by about 30%. However, this would result in a halving of the value of the main inductance L_h.
  • the associated increase in the reactive current share is not desirable or acceptable.
  • This coating 12 shown in FIG. 4 effects a further resistance connected in parallel with the valve body resistance, so that the entire load resistance R_I is thereby reduced. Since copper has a significantly higher conductance than steel, a layer thickness of less than 50 microns is sufficient. An increase in the layer thickness causes a reduction of the load resistance and thus an increase in the heating power. The adjustment of layer thickness and number of turns now allows on one hand the load resistor R_I for a desired heating power ⁇ and secondly at the same time to adjust the minimum required value of the main inductance L_h.
  • the heating coil is housed in the injection valve, however, there are considerable space limitations in their design. In order to still be able to represent the desired main inductance, it is necessary to close the previously open magnetic circuit of the arrangement of workpiece and heating coil. If the conclusion of the magnetic circuit outside the valve through the air, this increases the resistance of the magnetic circuit, resulting in a reduction of the coil inductance.
  • a yoke 15 of a ferromagnetic material is now mounted (at ⁇ play, steel) outside of the coil 14, wherein at both ends of a direct contact with the workpiece 11 is provided. The magnetic circuit is thus completely closed (without air gap).
  • the inference 15 is now also traversed by the magnetic field and it would - just like the workpiece 11 and the coating 12 - build up an eddy current in the circumferential direction. However, this is undesirable, since this would result in active power inference 15. Therefore, the conclusion must be fully ⁇ continuously slotted at least once in the longitudinal direction of 15 °.
  • the value of the main inductance can be approximately doubled - with the same installation space and unchanged number of turns.
  • Stray inductance is due to a lack of coupling between the primary and secondary windings of the transformer, whereby a part of the magnetic flux is not uniformly enclosed by both windings (stray flux).
  • stray flux When using conventional winding carriers for the heating coil as shown in Figure 1, an air gap between the workpiece and the heating coil, in which a magnetic flux flows, which is not circumscribed by the secondary current.
  • the value of the leakage inductance L_S we ⁇ sentlich can be reduced. This is done by dispensing with a special winding carrier and using a thin insulating coating 13 on the electrically highly conductive layer 12, ie between this and the heating coil 14th
  • the heating coil 14 is carried out with an upstanding rectangular wire.
  • a thin protective foil - such as the high-strength plastic Kapton - prevents damage to the winding insulation (copper enameled wire) during the joining process.
  • the coating 12 preferably copper.
  • the conductance of copper decreases steadily with increasing temperature (about 0.39% per centigrade) Accordingly, the load resistance R_I becomes higher impedance with increasing temperature, which leads to a reduction of the coil current.
  • the coil current Isens - together with the coil voltage Vbat - measured which is indicated in Figure 3, it can be determined from the load resistance R_I. Different resistance values will be obtained for different arrangement temperatures. If this measurement at a temperature be ⁇ known arrangement - for example after a prolonged standstill of the vehicle - as can the determined load resistor R_I be assigned to an assembly temperature. Since the relationship between load resistance value and temperature is linear, it is possible from this point to assign current load resistance and extrapolated arrangement temperature. The arrangement temperature as determined in each case can now turn as the actual size for (not be required ⁇ ) are temperature control.
  • the arrangement according to the invention By optimizing the arrangement according to the invention with a ferromagnetic workpiece with a heating winding arranged around at least a portion of the workpiece for inductive heating of the workpiece, it is possible to completely avoid the power reactances required in the prior art and thus substantially reduce the cost and size of the control electronics.
  • the possible sensorless temperature detection avoids any costs for a temperature sensor or special, expensive ferromagnetic materials with temperature-dependent saturation magnetization.
  • the overall system is characterized by a very good efficiency and low EMC radiation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem ferromagnetischen Werkstück (11) und einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks (11) angeordneten Heizwicklung (14) zur induktiven Heizung des Werkstücks (11), bei der zwischen dem Werkstück (11) und der Heizwicklung (14) eine Schicht aus gut leitendem Material (12) angeordnet ist. In Weiterbildung kann die Heizwicklung (14) an ihren nicht dem Werkstück (11) zugewandten Seiten von einem ferromagnetischen Material (15) umgeben sein, das im Bereich der Enden der Heizwicklung (14) in Kontakt mit dem Werkstück (11) ist und in Längsrichtung der Heizwicklung (14) zumindest eine durchgehende Unterbrechung aufweist.

Description

Beschreibung
Anordnung mit einem ferromagnetischen Werkstück und einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks angeordneten Heiz- wicklung
Kraftstoff für Ottomotoren - insbesondere Bio-Ethanol - kann zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens mittels einer im Ein- spritzventil befindlichen Heizvorrichtung erwärmt werden. Die DE 10 2011 085 680 AI offenbart ein solches Einspritzventil mit einer um den Kraftstoffkanal herum angeordneten Heizwicklung, die durch Ansteuerung mit hochfrequentem Strom metallische oder ferromagnetische Teile des Ventils induktiv erwärmt.
Dazu wird ein im Folgenden als Werkstück bezeichnetes Teil des Einspritzventils von einer Induktionswicklung umschlossen, sodass sich bei Anlegen eines geeigneten Wechselspannungssignals an die Induktionswicklung im Werkstück ein Magnetfeld aufbaut. Dieses Werkstück ist entweder das Ventilgehäuse selbst oder ein zusätzliches Element, welches sich im Einspritzventil befindet und vom Kraftstoff umflossen ist. Das Magnetfeld induziert im Werkstück Wirbelströme, welche im elektrischen Widerstand des Werkstücks Verluste erzeugen. Die dabei entstehende Wärme wird an den umströmenden Kraftstoff abgegeben. Besteht das Werkstück aus einem ferromagnetischen Werkstoff, so entstehen zusätzlich noch Ummagnetisierungsverluste, welche die Wirksamkeit der Werkstückerwärmung ganz wesentlich verbessern. In der Figur 1 ist ein solches bekanntes Kraftstoffein- spritzventil 1 dargestellt. Der Kraftstoffauslass 4 des
Kraftstoffeinspritzventils 1 wird durch eine magnetisch be¬ tätigte Ventilnadel 2 geöffnet oder geschlossen. Die Ventilnadel 2 ist in einem Kraftstoffkanal 3 beweglich gelagert, wobei der Kraftstoffkanal 3 in einem Ventilgehäuse 7 ausgebildet ist. Um das Ventilgehäuse 7 ist ein Wicklungsträger 5 mit einer darauf gewickelten Heizwicklung 6 angeordnet. Um die Heizwicklung 6 ist eine diese schützende Ummantelung 9 aus vorzugsweise Kunststoff angeordnet. Der von der Heizwicklung 6 umgebene Teil des Ventilgehäuses 7 und ggf. die Ventilnadel dienen als zu heizendes Werkstück . Die Heizwicklung 6 kann beispielsweise gemäß der US 3,506,907 mittels einer Leistungshalbleiterschalter-Vollbrückenschaltung mit Energie beaufschlagt werden, wobei eine Serienschaltung aus einem Kondensator und der Heizwicklung im Brückenzweig verschaltet ist. Durch geeignete Ansteuerung der Leistungshalb- leiterschalter wird die Brückenschaltung in Serienresonanz betrieben, so dass durch die hierdurch erfolgende Energie¬ übertragung aus der Kfz-Batterie das Ventilgehäuse und ggf. die metallische Ventilnadel induktiv erwärmt werden. Aus der DE 102011 085 085 AI ist es außerdem bekannt, eine solche Heizwicklung zusammen mit einem Kondensator alternativ in einem Parallelschwingkreis einer Oszillatorschaltung zu betreiben.
Gemeinsam ist diesen Konzepten die resonante Energieübertragung aus der Kfz-Batterie zur Heizwicklung gesteuert durch die
Steuer-Treiberelektronik. Die resonante Energieübertragung hat sich als sehr effizient erwiesen, jedoch sind zur technischen Umsetzung Leistungsreaktanzen unter Anderem in Form der genannten Kondensatoren erforderlich. Diese Bauteile haben al- lerdings den Nachteil, dass sie relativ groß/voluminös und teuer sind, was ihre Verwendung in Steuergeräten der Automobilelektronik unattraktiv macht. Auch sind bei einem Vierzylinder-Motor mit vier Einspritzventilen aus Gründen der Ausfallsicherheit zumeist vier Leistungsendstufen erforderlich, so dass die Reaktanzen zu einem wesentlichen Teil Größe und Kosten der Steuer-Treiberelektronik bestimmen.
Es ist allerdings aus der DE 3415967 AI bekannt, die Heizwicklung direkt mittels als H-Brücke verschalteter Leistungsendstu- fentransistoren aus einer Gleichstromquelle, die dort durch Gleichrichtung einer Dreiphasenspannung gewonnen wird, ohne zusätzliche Spannungsanhebung aufgrund von Resonanzüberhöhung zu betreiben. Allerdings führt die Verwendung der herkömmlichen, mittels durch Wickeln von Runddrähten auf Spulenträgern gefertigten Heizwicklungen dann zu keinem befriedigenden Ergebnis hinsichtlich der übertragbaren Wirkleistung, da aufgrund der hohen Blind- leistung mit Spitzenströmen bis 40 A große Verluste in den Leistungsendstufen und den Zuleitungen entstehen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu vermeiden .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit einem fer- romagnetischen Werkstück und einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks angeordneten Heizwicklung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen angegeben.
Die Vermeidung von Leistungsreaktanzen bei guter Übertragung von Wirkleistung wird gemäß Anspruch 1 durch eine gut leitfähige Beschichtung des Werkstücks, das insbesondere ein Kraft- Stoffeinspritzventilschaft ist, erreicht, wobei die leitfähige Beschichtung zwischen dem Werkstück und der Heizwicklung angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Dicke der Schicht des gut leitenden Materials kleiner als 50ym, wobei das gut leitende Material bevorzugt aus Kupfer ist.
Hierdurch kann die Wirkleistung, die als Heizleistung zur Verfügung steht, aufgrund des geringeren ohmschen Widerstands des zu heizenden Werkstücks deutlich erhöht werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Heizwicklung an ihren nicht dem Werkstück zugewandten Seiten von einem ferromagnetischen Ma- terial umgeben, das im Bereich der Enden der Heizwicklung in Kontakt mit dem Werkstück ist und in Längsrichtung der Heizwicklung zumindest eine durchgehende Unterbrechung aufweist. Damit ist ein magnetisch gut leitender Rückschluss realisiert, der zu einer Vergrößerung der Hauptinduktivität der Heizwicklung führt und in Verbindung mit einem kleinen Wirkwiderstand des als kurzgeschlossene Sekundärwicklung dienenden Werkstücks die Impedanz der Heizwicklung für die speisende Quelle als nahezu reinen ohmschen Widerstand erscheinen lässt, so dass eine weitere Erhöhung der Wirkleistung ohne eine Verluste mit sich führende Erhöhung des Stromes möglich ist.
Die Unterbrechung in Längsrichtung der Ummantelung der Heizwicklung ist nötig, um Wirbelströme in der Ummantelung zu verhindern .
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Schicht aus gut leitendem Material und der
Heizwicklung eine dünne Schicht aus isolierendem Material angeordnet .
Hierdurch kann die Streuinduktivität der Heizwicklung gegenüber herkömmlichen Wicklungsträgern deutlich verringert werden.
Um den ohmschen Widerstand der Heizwicklung bei möglichst geringem Bauraum zu verringern, ist diese mit einem elektrisch gut leitenden Draht mit rechteckigem Querschnitt und elektrisch isolierender Beschichtung gebildet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen Figur 1 ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Heizwicklung zum induktiven Heizen nach dem Stand der Technik, Figur 2 ein Transformatorersatzschaltbild für eine Heiz¬ wicklung auf einem Werkstück,
Figur 3 eine Ansteuerschaltung für eine Heizwicklung zum induktiven Heizen,
Figur 4 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem als
Kraftstoffeinspritzventil ausgebildeten Werkstück und einer darauf angeordneten Heizwicklung. Eine erfindungsgemäße Anordnung, die mit einer Heizwicklung 6 und dem von ihr umschlossenen Werkstück 7, 2, insbesondere einem Abschnitt eines Kraftstoffeinspritzventilschafts , gebildet ist, was in Figur 1 dargestellt ist, kann als Transformator betrachtet werden, dessen Ersatzschaltbild in Figur 2 dargestellt ist. Der Ventilschaftabschnitt stellt neben seiner Funktion als Eisenkern zur Führung des Magnetfeldes auch die Sekundärwicklung mit einer einzigen, kurzgeschlossenen Windung dar. Aus dem elektrischen Widerstand des Ventilkörpers und seiner Geometrie ergibt sich ein Widerstand in Umfangsrichtung, der einen sekundärseitigen Lastwiderstand R_Is darstellt. Dabei gilt:
R_Is = R_I / n2 bzw. R_I = R_Is * n2 mit n = Anzahl der Windungen der Heizwicklung. R_I ist somit der rücktransformierte Widerstand des Ventilschaftmaterials.
Die Sekundärspannung Usec wird durch die transformierte Spannung an der Heizwicklung Uprim gebildet.
Usec = Uprim / n
Als Heizleistung ergibt sich somit P = Uprim2 / R_I = Uprim2 / (R_Is *n2)
In Figur 2 sind zusätzlich noch die Hauptinduktivität L_h, der Wicklungswiderstand R_w und die Streuinduktivität L_s darge¬ stellt.
Ein Ersatzschaltbild mit transformiertem, wirksamem Lastwiderstand R_I und einer Vollbrückenschaltung mit Leistungs¬ transistoren Tl, T2, T3, T4 als Andeutung einer Steuerelektronik ist in Figur 3 dargestellt. Zum Erzeugen einer Wechselspannung an der Heizwicklung werden die Transistoren Tl und T4 bzw. T2 und T3 wechselweise periodisch ein- und ausgeschaltet. Aufgrund der Induktivität der Heizwicklung und hierbei hauptsächlich aufgrund der Hauptinduktivität L_h, erfolgt der zeitliche Verlauf des Stromes durch die Heizwicklung durch einen nahezu linearen Stromanstieg oder -abfall. Je kleiner der Wert der Hauptinduktivität L_h ist, desto steiler sind dabei die Anstiegs- bzw. Abfallflanken, was zu einem ungünstigen Verhältnis von Wirk- zu Blindleistung führt. Es ist also eine möglichst große Hauptinduktivität L_h gewünscht. Die Heizerspannung Uprim ist - bedingt durch die Versorgung aus der Kfz-Bordnetzspannung - festgelegt. Ebenso ist der sekun- därseitig wirksame Widerstand des Ventilkörper-Materials konstruktionsbedingt weitgehend festgelegt. Um nun eine ge¬ wünschte Heizleistung einzustellen, verbleibt gemäß obiger Formel als einziger freier Parameter das Übersetzungsverhältnis des Transformators, also die Windungszahl der Heizwicklung. Eine Reduzierung der Windungszahl reduziert den primärseitiq sichtbaren Wirkwiderstand R_I und erhöht somit die Heizleistung. Um die Heizleistung etwa zu verdoppeln, wäre allerdings eine Verringerung der Windungsanzahl um ca. 30% erforderlich. Dies hätte aber eine Halbierung des Wertes der Hauptinduktivität L_h zur Folge. Der damit einhergehende Anstieg des reaktiven Stromanteils ist aber nicht wünschenswert bzw. akzeptabel.
In erfindungsgemäßer Weise findet sich ein Ausweg aus diesem Widerspruch durch eine zusätzliche Beschichtung 12 des Ventilkörpers 11 als Werkstück der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem niederohmigen Material, beispielsweise Kupfer. Diese in Figur 4 dargestellte Beschichtung 12 bewirkt einen weiteren, dem Ventilkörperwiderstand parallel geschalteten Widerstand, so dass der gesamte Lastwiderstand R_I dadurch verringert wird. Da Kupfer einen wesentlich höheren Leitwert hat als Stahl, genügt bereits eine Schichtdicke von weniger als 50ym. Eine Erhöhung der Schichtdicke bewirkt eine Verringerung des Lastwiderstandes und damit eine Erhöhung der Heizleistung. Die Anpassung von Schichtdicke und Windungszahl erlaubt es nun, einerseits den Lastwiderstand R_I für eine gewünschte Heiz¬ leistung und andererseits gleichzeitig den minimal geforderten Wert der Hauptinduktivität L_h einzustellen.
Da die Heizwicklung im Einspritzventil untergebracht ist, gibt es jedoch erhebliche Bauraumbeschränkungen bei deren Ausgestaltung. Um dennoch die gewünschte Hauptinduktivität darstellen zu können, ist es notwendig, den bisher offenen Magnetkreis der Anordnung aus Werkstück und Heizwicklung zu schließen. Erfolgt der Rückschluss des Magnetkreises außerhalb des Ventils durch die Luft, vergrößert dies den Widerstand des Magnetkreises, was zu einer Verringerung der Spuleninduktivität führt. In erfindungsgemäßer Weiterbildung der Anordnung wird nun ein Rückschluss 15 aus einem ferromagnetischen Material (bei¬ spielsweise Stahl) außerhalb der Wicklung 14 angebracht, wobei an dessen beiden Enden ein direkter Kontakt zum Werkstück 11 vorgesehen ist. Der Magnetkreis ist somit vollständig (ohne Luftspalt) geschlossen. Der Rückschluss 15 wird nun ebenfalls vom Magnetfeld durchflössen und es würde sich - genau wie beim Werkstück 11 und der Beschichtung 12 - ein Wirbelstrom in Umfangsrichtung aufbauen. Dies ist jedoch unerwünscht, da hierbei Wirkleistung im Rückschluss 15 entstünde. Deshalb muss der Rückschluss 15 in Längsrichtung wenigstens einmal voll¬ ständig geschlitzt sein.
Durch den erfindungsgemäßen Rückschluss 15 kann der Wert der Hauptinduktivität - bei gleichem Bauraum und unveränderter Windungszahl annähernd verdoppelt werden.
Ein weiteres Problem stellt die Streuinduktivität L_s dar, da sie beim Umschaltvorgang den Stromaufbau in der Heizwicklung 14 behindert. Dadurch reduziert sich die in dieser Zeit eingetragene Heizleistung, was dann wiederum durch eine Erhöhung des Effektivstromes ausgeglichen werden muss . Der höhere Effektivstrom ist aber unerwünscht, da er zu zusätzlichen Verlusten in den Schalttransistoren und Zuleitungen führt und damit den Gesamtwirkungsgrad eines Heizsystems verringert.
Streuinduktivität beruht auf mangelnder Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Transformators, wobei ein Teil des magnetischen Flusses nicht von beiden Wicklungen gleichförmig umschlossen wird (Streufluss) . Bei Verwendung herkömmlicher Wicklungsträger für die Heizwicklung wie in Figur 1 gezeigt, entsteht ein Luftspalt zwischen dem Werkstück und der Heizwicklung, in dem ein magnetischer Fluss verläuft, der nicht vom Sekundärstrom umflossen wird.
Durch eine erfindungsgemäße Verringerung des Luftspaltes zwischen der Heizwicklung 14 und der elektrisch gut leitenden Beschichtung 12 kann der Wert der Streuinduktivität L_s we¬ sentlich verringert werden. Dies erfolgt durch Verzicht auf einen speziellen Wicklungsträger und Verwendung einer dünnen isolierenden Beschichtung 13 auf der elektrisch gut leitenden Schicht 12, also zwischen dieser und der Heizwicklung 14.
Um bei vorgegebener Spulenlänge den Drahtwiderstand R_w mög¬ lichst gering zu halten, wird in erfindungsgemäßer Weiterbildung der Anordnung die Heizwicklung 14 mit einem hochkant stehenden Rechteckdraht ausgeführt. Eine dünne Schutzfolie - etwa aus dem hochfesten Kunststoff Kapton - verhindert eine Beschädigung der Wicklungsisolation (Kupferlackdraht) während des Fügeprozesses .
Da sich eine erfindungsgemäß modifizierte Anordnung elektrisch nahezu wie ein ohmscher Widerstand verhält, kann eine einfache Temperaturbestimmung erfolgen.
Ein wesentlicher Teil des sekundärseitig induzierten Stromes fließt durch die Beschichtung 12 (vorzugsweise Kupfer) . Der Leitwert von Kupfer nimmt mit zunehmender Temperatur stetig ab (ca. 0.39% je "Celsius) . Dementsprechend wird der Lastwiderstand R_I mit zunehmender Temperatur hochohmiger, was zu einer Verringerung des Spulenstromes führt. Wird nun der Spulenstrom Isens - zusammen mit der Spulenspannung Vbat - gemessen, was in Figur 3 angedeutet ist, so kann daraus der Lastwiderstand R_I ermittelt werden. Für unterschiedliche Anordnungstemperaturen wird man dabei unterschiedliche Wi- derstandswerte erhalten. Erfolgt diese Messung bei einer be¬ kannten Anordnungstemperatur - z.B. nach längerem Fahrzeugstillstand - , so kann dem ermittelten Lastwiderstand R_I eine Anordnungstemperatur zugeordnet werden. Da der Zusammenhang zwischen Lastwiderstandswert und Temperatur linear ist, kann von diesem Punkt aus eine Zuordnung von jeweils aktuell ermitteltem Lastwiderstand und extrapolierter Anordnungstemperatur getroffen werden. Die so jeweils ermittelte Anordnungstemperatur kann nun wiederum als Ist-Größe für eine (hier nicht be¬ schriebene) Temperaturregelung dienen.
Durch die erfindungsgemäße Optimierung der Anordnung mit einem ferromagnetischen Werkstück mit einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks angeordneten Heizwicklung zur induktiven Heizung des Werkstücks gelingt es, die im Stand der Technik notwendigen Leistungsreaktanzen vollständig zu vermeiden und so Kosten und Baugröße der Steuerelektronik wesentlich zu verringern. Die mögliche sensorlose Temperaturerfassung vermeidet etwaige Kosten für einen Temperatursensor oder spezielle, teure ferromagnetische Materialien mit temperaturabhängiger Sätti- gungsmagnetisierung . Das Gesamtsystem zeichnet sich durch einen sehr guten Wirkungsgrad und geringe EMV-Abstrahlung aus.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einem ferromagnetischen Werkstück (11) mit einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks (11) angeordneten Heizwicklung (14) zur induktiven Heizung des Werkstücks (11), dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Werkstück (11) und der Heizwicklung (14) eine Schicht aus gut leitendem Material (12) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht des gut leitenden Materials (12) kleiner als 50ym ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gut leitende Material (12) Kupfer ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwicklung (14) an ihren nicht dem Werkstück (11) zugewandten Seiten von einem ferromagnetischen Material (15) umgeben ist, das im Bereich der Enden der
Heizwicklung (14) in Kontakt mit dem Werkstück (11) ist und in Längsrichtung der Heizwicklung (14) zumindest eine durchgehende Unterbrechung aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schicht aus gut leitendem Material (12) und der Heizwicklung (14) eine dünne Schicht aus isolierendem Material (13) angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwicklung (14) mit einem elektrisch gut leitenden Draht mit rechteckigem Querschnitt und elektrisch isolierender Beschichtung gebildet ist.
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