WO2019115085A1 - Heizeinheit für ein system zur bereitstellung eines inhalierbaren aerosols - Google Patents

Heizeinheit für ein system zur bereitstellung eines inhalierbaren aerosols Download PDF

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WO2019115085A1
WO2019115085A1 PCT/EP2018/079946 EP2018079946W WO2019115085A1 WO 2019115085 A1 WO2019115085 A1 WO 2019115085A1 EP 2018079946 W EP2018079946 W EP 2018079946W WO 2019115085 A1 WO2019115085 A1 WO 2019115085A1
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heating element
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heating
heating unit
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Karlheinz Wienand
Andreas Elschner
Tim Asmus
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Heraeus Nexensos Gmbh
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Definitions

  • Heating unit for a system for providing an inhalable aerosol
  • the present invention relates to a heating unit for a system for providing an inhalable aerosol. Furthermore, the present invention relates to a use of a heating unit in a system for providing an inhalable aerosol, and a method for operating a heating unit.
  • the prior art discloses systems having heaters for providing inhalable aerosols that heat a substance for forming the aerosol.
  • the substance may be liquid or solid.
  • a substance comprising tobacco or a tobacco-like product will not be burned as in a conventional cigarette but merely heated without burning the substance to thereby obtain an inhalable aerosol.
  • WO 2013/034456 A1 describes the construction of a system in which a substance, such as tobacco or a tobacco-like product, is heated on a surface or in the vicinity of the surface of a heating element until a nicotine-containing and / or flavor-containing aerosol is produced.
  • the formed aerosol can be inhaled by a user using a mouthpiece.
  • US 2017/0095003 A1 describes an admixture of a magnetic powder to the substance.
  • a coil on a heating element of the system registers a change in inductance to detect if the substance used is compatible with the system.
  • a similar technique is described in US 2016/0302488 A1, in which markers in the substance can be detected spectroscopically.
  • An optical recognition of the substance by means of a diode and detector is described in WO 2017/029089 A1 and a detection of the substance by means of capacitive measurement is described in WO 2015/140312 A1.
  • the techniques described above have the disadvantage that, prior to use with the inhalable aerosol delivery system, the substance must be labeled to identify the substance as being compatible with the system and / or the heating unit used therein. Also complex evaluation units, such as optical systems, induction and / or capacitance meters are necessary for such detections.
  • WO 2016/150922 A2 Another technique for detecting a substance is described in WO 2016/150922 A2.
  • WO 2016/150922 A2 it is proposed to record the course of the heating resistance of the heating element during the generation of the aerosol and to compare it with a reference value in order to identify compatible / non-compatible substances.
  • the heating elements commonly used in the systems have, because of the limited physical dimensions and the associated limited power supply options, a very low internal resistance of about 1 ohm.
  • a heating unit with which substances can be detected inexpensively and with little effort, which are not compatible with the system and / or with the heating unit.
  • the heating unit according to the invention for a system for providing an inhalable aerosol has for this purpose:
  • At least one substrate having at least one heating element for heating a substance for forming the inhalable aerosol and at least one temperature sensor element for Detecting a temperature of the heating element, wherein an internal resistance of the
  • Temperature sensor element is greater than an internal resistance of the heating element; and at least one control means connected to the heating element and the
  • Temperature sensor element and adapted to:
  • the substrate may comprise or consist of a pressed and sintered ceramic.
  • Particularly suitable materials for the substrate are, for example, metal oxides such as aluminum oxide or zirconium dioxide.
  • the heating element may be an electrical heating element, for example a resistance conductor track arranged on the substrate, and may be operated for heating or vaporizing the substance in a temperature range from 200 ° C to 400 ° C. However, the heating element can be operated, at least temporarily, even in a higher temperature range, for example at about 550 ° C for cleaning the heater. Typically, the heating element has an internal resistance of about 1 ohm.
  • the temperature sensor can be arranged, for example, in thin-film technology on the substrate.
  • the temperature sensing element may be a temperature dependent resistor, such as a PT100 or a P1000, and may be disposed on or near the heating element for sensing the temperature of the heating element.
  • the temperature sensor element has an internal resistance of 100 or 1000 ohms at 0 ° C., which increases with increasing temperature.
  • the control means may comprise an electrical or electronic circuit, such as a programmable circuit, and be disposed within the system and comprise means for
  • Detecting at least one temperature value from the temperature sensor element Determining a decision value based on the temperature value and at least one stored reference temperature value, and
  • the term "reference current profile can be understood in this context as applying a predefined electrical current over a predefined period of time to the heating element.
  • the current over the predefined period of time may be constant, but also vary as a function of time and / or increase / decrease substantially constant over the predefined time period.
  • the detection of the temperature value can take place continuously or once at a specific time / points in time after the heating element is subjected to the reference current profile. If the temperature sensor element is a temperature-dependent resistor, the temperature value can be determined from a resistance value of the temperature-dependent resistor. The decision value can then be determined from a comparison of the temperature value and a stored reference temperature value. In the simplest case, this can be done by comparing only the two values.
  • the decision value can also be determined from a comparison of a plurality of temperature values and reference temperature values, for example continuously.
  • the decision value can be determined from the sum of the differences between the temperature values determined in the predefined period of time and the corresponding reference temperature values.
  • the determined decision value (s) may then be compared to a threshold that may be stored in the control means and, for example, define a maximum error. If this limit is exceeded or undershot, an indication is provided that the currently used substance for generating the aerosol, which is arranged on the heating element and heated by the heating element is not compatible.
  • the indication may be provided as an electrical signal at an output of the control means and / or generated as a logical signal within the control means and further processed in the control means.
  • the indication in the control means may cause an immediate shutdown of the heating element or the output of an optical or acoustic signal.
  • the invention is based on the surprising finding that the temperature values of the temperature sensor element are due to the use of a separate temperature sensor element can be detected with a higher internal resistance than the internal resistance of the heating element very accurately and with little effort and therefore cost.
  • the exact temperature values are then simply compared to reference temperature values to find out for the applied reference current history whether the currently used substance for generating the aerosol is compatible with the heating element / system.
  • the heating unit has at least one energy supply means and the control means is adapted to apply the heating element via the power supply means with the reference current profile and the temperature value is proportional to the height of the reference current.
  • the power supply means may be adapted upon receiving an indication from the control means to cut off the power supply of the heating element.
  • control means is adapted to determine the temperature value during the reference current waveform at a predetermined time.
  • control means is adapted to determine at least two, preferably a plurality of temperature values, at predetermined times during the reference current profile, and to determine the decision value between the temperature values and stored reference temperature values.
  • control means is adapted to determine the decision value from the difference of the temperature value (s) and the reference temperature value (s).
  • the heating element and the temperature sensor element are arranged separately and adjacent to one another on the same side of the substrate, in particular in thin-film technology on the same side of the substrate.
  • the heating unit has at least one electrically insulating layer, wherein the electrically insulating layer is arranged at least in regions on the heating element and / or the temperature sensor element.
  • the heating unit has a housing with a receptacle for holding the substance for forming the inhalable aerosol, preferably the receptacle is adapted to hold the substance immediately adjacent to the heating element and / or surrounding the heating element.
  • the invention also proposes a use of a heating unit according to the invention in a system for providing an inhalable aerosol.
  • the invention proposes a method for operating a heating unit for a system for providing an inhalable aerosol, comprising the steps:
  • At least one heating element having at least one reference current profile detecting at least one temperature value of at least one temperature sensor element arranged on a substrate with the heating element for heating a substance for forming the inhalable aerosol, wherein an internal resistance of the temperature sensor element is greater than an internal resistance of the heating element;
  • determining the decision value includes:
  • determining the decision value includes:
  • the decision value is determined by the difference of the temperature value (s) and the reference temperature value (s). In another example, the decision value is determined from the sum of the differences between the temperature values determined in the predefined period of time and the corresponding reference temperature values.
  • the threshold is set by:
  • Detecting the reference temperature value during the reference current waveform preferably detecting a plurality of reference temperature values at predetermined times during the reference current waveform
  • known reference substance may be a known substance, an ideal substance, or also a test substance which is compatible with the system for providing the inhalable aerosol and / or the heating unit.
  • the "reference substance” may be an original product of the manufacturer. The determination of the limit may be made once by the manufacturer or by a distributor prior to the sale of the system, and the reference temperature value may remain stored in the control means for the life of the system.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a system for providing an inhalable aerosol with a heating unit according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view through a system for providing an inhalable aerosol with a substance arranged thereon for forming the inhalable aerosol and a heating unit according to an embodiment of the invention
  • 3 shows a method for operating a heating unit according to a
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through a system 1 for providing an inhalable aerosol with a heating unit 3 according to an embodiment of the invention.
  • the heating unit 3 shown has a substantially cylindrical housing 5 with a receptacle 7 for holding a substance for forming the inhalable aerosol.
  • the receptacle 7 is designed substantially cylindrical to hold a likewise cylindrical or tubular substance arranged.
  • the heating element 11 is arranged meander-shaped on a substrate 9.
  • the heating element 11 has a resistance conductor track and is applied to the substrate 9 in thin-film technology.
  • the substrate 9 is formed in the embodiment shown from a plate pressed and sintered ceramic of alumina. When a current flows through the resistor track, the resistor track heats up and can thereby heat a substance disposed thereon.
  • the substrate 9 shown is designed tapering towards its end region or in the shape of an arrow. In embodiments not shown, the substrate 9 may also be formed from other materials and / or configured differently, such as rectangular or triangular.
  • the temperature sensor element 13 shown in FIG. 1 is likewise designed in meandering fashion and can be arranged on the substrate 9, as well as the heating element 11, in thin-film technology. In an embodiment not shown, the temperature sensor element 13 may also have a separate housing. It is advantageous in the embodiment shown, the very good thermal coupling between the temperature sensor element 13 and substrate 9, and that the internal resistance of the temperature sensor element 13 is greater than the internal resistance of the heating element 1 1, thereby simplifying detection of temperature, or temperature changes compared to a direct Allow measurement on the heating element 11.
  • the heating element 11 shown and the temperature sensor element 13 are connected to a control means 15 in the embodiment shown.
  • the control means 15 may comprise an electrical or electronic circuit, such as a programmable circuit.
  • control means 15 comprises means for applying a reference current waveform to the heating element 17, means for detecting 19 at least one temperature value from the temperature sensor element 13, means 21 for determining a decision value based on the temperature value and at least one stored reference temperature value, and means for providing 23 an indication if the decision value exceeds or falls below at least one threshold.
  • these means 17-23 are implemented electronically in the control means 15. In embodiments not shown, these means 17 - 23 but also by separate electronic circuits in the control means 15 may be realized.
  • a power supply means 25 which is connected to the control means 15 and for the power supply of the control means 15, as well as the heating element 11 and the temperature sensor element 13 is used.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration through a system 1 for providing an inhalable aerosol with a substance 27 arranged thereon for forming the inhalable aerosol and a heating unit 3 according to an embodiment of the invention.
  • the system 1 shown corresponds to the system 1 already shown in FIG. 1, with the difference that a substance 27 for forming the inhalable aerosol has been introduced into the receptacle.
  • the substance 27 comprises a tobacco or a tobacco-like product and forms the aerosol when the substance 27 is heated with the heating element 11.
  • FIG. 3 shows a method for operating a heating unit for a system for providing an inhalable aerosol according to an embodiment of the invention.
  • the illustrated method 1000 of operating a heating unit for an inhalable aerosol delivery system comprising the steps of:
  • Temperature sensor element disposed on a substrate with the heating element for heating a substance for forming the inhalable aerosol, wherein an internal resistance of the
  • Temperature sensor element is greater than an internal resistance of the heating element
  • Determining 1030 a decision value based on the temperature value and at least one stored reference temperature value
  • FIG. 4 shows a method 1100 for setting a limit value according to an embodiment of the invention.
  • the method 1 100 shown has the following steps for this purpose:
  • Detecting 1130 the reference temperature value during the reference current waveform preferably detecting a plurality of reference temperature values at predetermined times during the reference current waveform;

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Abstract

Eine Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, aufweisend: zumindest ein Substrat (9) aufweisend zumindest ein Heizelement (11) zum Erhitzen einer Substanz (27) zum Bilden des inhalierbaren Aerosols und zumindest ein Temperatursensorelement (13) zum Erfassen einer Temperatur des Heizelements (11), wobei ein Innenwiderstand des Temperatursensorelements (13) größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements (11); und zumindest ein Steuermittel (15) verbunden mit dem Heizelement (11) und dem Temperatursensorelement (13) und angepasst zum: Beaufschlagen des Heizelements (11) mit einem Referenzstromverlauf, Erfassen zumindest eines Temperaturwertes von dem Temperatursensorelement (13), Ermitteln eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert, und Bereitstellen eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Auch betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Heizeinheit und ein Verfahren (1000) zum Betreiben einer Heizeinheit.

Description

Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Heizeinheit in einem System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinheit.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme mit Heizern zur Bereitstellung von inhalierbaren Aerosolen, die eine Substanz zur Bildung des Aerosols aufheizen, bekannt. Abhängig von dem verwendeten System kann die Substanz flüssig oder fest sein. Im Allgemeinen wird in derartigen Systemen eine Substanz, die Tabak oder ein tabakähnliches Produkt umfasst, nicht wie in einer konventionellen Zigarette verbrannt, sondern lediglich erhitzt, ohne die Substanz zu verbrennen, um dadurch ein inhalierbares Aerosol zu erhalten.
Beispielsweise beschreibt die WO 2013/034456 A1 den Aufbau eines Systems in dem eine Substanz, wie beispielsweise Tabak oder ein tabakähnliches Produkt, an einer Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche eines Heizelements erhitzt wird, bis ein nikotinhaltiges und/oder geschmackstoffhaltiges Aerosol entsteht. Das gebildete Aerosol kann mittels eines Mundstücks von einem Benutzer inhaliert werden.
Die Verwendung einer Substanz in dem System zur Bereitstellung des inhalierbaren Aerosols, die nicht mit dem System und/oder der darin verwendeten Heizeinheit kompatibel ist kann das System und/oder das Heizelement beschädigen, im schlimmsten Fall sogar zu einer vollständigen Zerstörung des Systems führen. Zur Erkennung einer kompatiblen/nicht- kompatiblen Substanz, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Techniken bekannt.
Beispielsweise beschreibt die US 2017/0095003 A1 eine Beimischung eines magnetischen Pulvers zu der Substanz. Beim Einbringen der Substanz in das System registriert eine Spule auf einem Heizelement des Systems eine Veränderung einer Induktivität, um zu erkennen, ob die verwendete Substanz mit dem System kompatibel, bzw. kombinierbar ist. Eine ähnliche Technik wird in der US 2016/0302488 A1 beschrieben, in der Marker in der Substanz spektroskopisch erkannt werden können. Eine optische Erkennung der Substanz mittels Diode und Detektor wird in der WO 2017/029089 A1 beschrieben und eine Erkennung der Substanz mittels kapazitiver Messung wird in der WO 2015/140312 A1 beschrieben.
Die zuvor beschrieben Techniken haben allerdings den Nachteil, dass die Substanz vor der Verwendung mit dem System zur Bereitstellung des inhalierbaren Aerosols mit Markierungen versehen werden muss, um die Substanz als mit dem System und/oder der darin verwendeten Heizeinheit kompatibel zu erkennen. Auch sind für derartige Erkennungen komplexe Auswerteeinheiten, wie beispielsweise optische Systeme, Induktions- und/oder Kapazitätsmesser notwendig.
Eine weitere Technik zur Erkennung einer Substanz ist in der WO 2016/150922 A2 beschrieben. In der WO 2016/150922 A2 wird vorgeschlagen, den Verlauf des Heizwiderstands des Heizelements während der Erzeugung des Aerosols zu erfassen und mit einem Referenzwert zu vergleichen, um kompatible/nicht-kompatible Substanzen zu identifizieren. Die üblicherweise in den Systemen verwendeten Heizelemente haben aber, wegen der begrenzten räumlichen Abmessungen und der damit verbundenen eingeschränkten Energieversorgungsmöglichkeiten, einen sehr geringen Innenwiderstand von ca. 1 Ohm. Zur Erfassung von Widerstandsänderungen in einem sehr kleinen Bereich von üblicherweise 0.1 bis 0.001 Ohm, bezogen auf den Absolutwert, zur Erkennung einer mit dem System kompatiblen/nicht-kompatiblen Substanz ist allerdings wiederum eine komplexe Auswerteeinheit notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols bereitzustellen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere eine Heizeinheit bereitzustellen, mit der Substanzen kostengünstig und mit geringem Aufwand erkannt werden können, die mit dem System und/oder mit der Heizeinheit nicht kompatibel sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizeinheit gemäß des Gegenstands des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, weist hierfür auf:
zumindest ein Substrat aufweisend zumindest ein Heizelement zum Erhitzen einer Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols und zumindest ein Temperatursensorelement zum Erfassen einer Temperatur des Heizelements, wobei ein Innenwiderstand des
Temperatursensorelements größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements; und zumindest ein Steuermittel verbunden mit dem Heizelement und dem
Temperatursensorelement und angepasst zum:
Beaufschlagen des Heizelements mit einem Referenzstromverlauf,
Erfassen zumindest eines Temperaturwertes von dem Temperatursensorelement,
Ermitteln eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert, und
Bereitstellen eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
Das Substrat kann eine gepresste und gesinterte Keramik umfassen, bzw. aus dieser bestehen. Besonders geeignete Materialien für das Substrat sind beispielsweise Metalloxide wie Aluminiumoxid oder Zirkondioxid.
Das Heizelement kann ein elektrisches Heizelement, beispielsweise eine auf dem Substrat angeordnete Widerstandsleiterbahn sein und kann zum Erhitzen oder Verdampfen der Substanz in einem Temperaturbereich von 200°C bis 400°C betrieben werden. Das Heizelement kann aber, zumindest vorübergehend, auch in einem höheren Temperaturbereich, beispielsweise bei ungefähr 550°C zur Reinigung des Heizers betrieben werden. Typischerweise hat das Heizelement einen Innenwiderstand von ca. 1 Ohm. Der Temperatursensor kann beispielsweise in Dünnschichttechnik auf dem Substrat angeordnet werden.
Das Temperatursensorelement kann ein temperaturabhängiger Widerstand, wie beispielsweise ein PT100 oder ein P1000 sein und auf dem Heizelement oder in der Nähe des Heizelements zur Erfassung der Temperatur des Heizelements angeordnet sein. Das Temperatursensorelement hat je nach Ausführungsform einen Innenwiderstand von 100 oder 1000 Ohm bei 0°C, der mit steigender Temperatur ansteigt.
Das Steuermittel kann eine elektrische oder elektronische Schaltung, wie beispielsweise eine programmierbare Schaltung umfassen und innerhalb des Systems angeordnet sein und Mittel umfassen zum
Beaufschlagen des Heizelements mit einem Referenzstromverlauf,
Erfassen zumindest eines Temperaturwertes von dem Temperatursensorelement, Ermitteln eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert, und
Bereitstellen eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
Der Begriff „Referenzstromverlauf kann in diesem Zusammenhang als Beaufschlagen des Heizelements mit einem vordefinierten elektrischen Strom über eine vordefinierte Zeitspanne verstanden werden. Hierbei kann der Strom über die vordefinierte Zeitspanne konstant sein, aber auch in Abhängigkeit von der Zeit variieren und/oder im Wesentlichen konstant über die vordefinierte Zeitspanne ansteigen/abfallen. Das Erfassen des Temperaturwertes kann sofort oder zu einem bestimmten Zeitpunkt/Zeitpunkten nach dem Beaufschlagen des Heizelements mit dem Referenzstromverlauf kontinuierlich oder einmalig stattfinden. Wenn das Temperatursensorelement ein temperaturabhängiger Widerstand ist, kann der Temperaturwert aus einem Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands ermittelt werden. Der Entscheidungswert kann anschließend aus einem Vergleich des Temperaturwertes und eines gespeicherten Referenztemperaturwertes ermittelt werden. Im einfachsten Fall kann dies durch den Vergleich lediglich der beiden Werte stattfinden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann der Entscheidungswert auch aus einem Vergleich mehrerer Temperaturwerte und Referenztemperaturwerte, beispielsweise kontinuierlich, ermittelt werden. So kann zum Beispiel der Entscheidungswert aus der Summe der Differenzen zwischen den in der vordefinierten Zeitspanne ermittelten Temperaturwerten und den korrespondierenden Referenztemperaturwerten ermittelt werden. Der ermittelte Entscheidungswert/die ermittelten Entscheidungswerte kann/können danach mit einem Grenzwert, der in dem Steuermittel abgelegt sein kann und beispielsweise einen maximalen Fehler definieren kann, verglichen werden. Falls dieser Grenzwert über- oder unterschritten wird, wird ein Hinweis bereitgestellt, dass die momentan verwendete Substanz zum Erzeugen des Aerosols, die an dem Heizelement angeordnet ist und von dem Heizelement erhitzt wird nicht kompatibel ist. Der Hinweis kann als elektrisches Signal an einem Ausgang des Steuermittels bereitgestellt werden und/oder als logisches Signal innerhalb des Steuermittels erzeugt werden und in dem Steuermittel weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann der Hinweis in dem Steuermittel ein sofortiges Abschalten des Heizelements oder das Ausgeben eines optischen oder akustischen Signals bewirken.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass Temperaturwerte des Temperatursensorelements durch die Verwendung eines separaten Temperatursensorelements mit einem höheren Innerwiderstand als der Innenwiderstand des Heizelements sehr genau und mit geringem Aufwand und daher kostengünstig erfasst werden können. Die genauen Temperaturwerte werden danach einfach mit Referenztemperaturwerten verglichen, um für den angelegten Referenzstromverlauf herauszufinden, ob die momentan verwendete Substanz zum Erzeugen des Aerosols mit dem Heizelement/System kompatibel ist.
In einem Beispiel weist die Heizeinheit zumindest ein Energieversorgungsmittel auf und das Steuermittel ist angepasst das Heizelement über das Energieversorgungsmittel mit dem Referenzstromverlauf zu beaufschlagen und der Temperaturwert verläuft proportional zu der Höhe des Referenzstroms.
In dem oben genannten Beispiel kann weiterhin das Energieversorgungsmittel angepasst sein bei Erhalt eines Hinweises von dem Steuermittel die Energieversorgung des Heizelements zu unterbrechen.
In einem Beispiel ist das Steuermittel angepasst den Temperaturwert während des Referenzstromverlaufs zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zu ermitteln.
In einem weiteren Beispiel ist das Steuermittel angepasst mindestens zwei, bevorzugt eine Vielzahl von Temperaturwerten, zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs zu ermitteln, und den Entscheidungswert zwischen den Temperaturwerten und gespeicherten Referenztemperaturwerten zu ermitteln.
In noch einem Beispiel ist das Steuermittel angepasst den Entscheidungswert aus der Differenz des Temperaturwerts/der Temperaturwerte und des Referenztemperaturwerts/der Referenztemperaturwerte zu ermitteln.
In einem weiteren Beispiel sind das Heizelement und das Temperatursensorelement auf derselben Seite des Substrats separat und benachbart angeordnet, insbesondere in Dünnschichttechnik auf derselben Seite des Substrats angeordnet.
In noch einem Beispiel weist die Heizeinheit zumindest eine elektrisch isolierende Schicht auf, wobei die elektrisch isolierende Schicht zumindest bereichsweise auf dem Heizelement und/oder dem Temperatursensorelement angeordnet ist. In einem weiteren Beispiel weist die Heizeinheit ein Gehäuse mit einer Aufnahme zum Halten der Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols auf, bevorzugt ist die Aufnahme angepasst die Substanz unmittelbar an dem Heizelement und/oder das Heizelement umgebend zu halten.
Auch schlägt die Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Heizeinheit in einem System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols vor.
Weiterhin schlägt die Erfindung ein Verfahren vor zum Betreiben einer Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, aufweisend die Schritte:
Beaufschlagen zumindest eines Heizelements mit zumindest einem Referenzstromverlauf, Erfassen zumindest eines Temperaturwertes von zumindest einem Temperatursensorelement angeordnet auf einem Substrat mit dem Heizelement zum Erhitzen einer Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols, wobei ein Innenwiderstand des Temperatursensorelements größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements;
Ermitteln eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert; und
Bereitstellen eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
In einem Beispiel weist das Ermitteln des Entscheidungswerts auf:
Ermitteln des Temperaturwerts zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Referenzstromverlaufs.
In noch einem Beispiel weist das Ermitteln des Entscheidungswerts auf:
Ermitteln von mindestens zwei, bevorzugt einer Vielzahl von Temperaturwerten, zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs, und Ermitteln des Entscheidungswerts zwischen den Temperaturwerten und gespeicherten Referenztemperaturwerten.
In einem weiteren Beispiel wird der Entscheidungswert ermittelt mittels der Differenz des Temperaturwerts/der Temperaturwerte und des Referenztemperaturwerts/der Referenztemperaturwerte. In einem weiteren Beispiel wird der Entscheidungswert aus der Summe der Differenzen zwischen den in der vordefinierten Zeitspanne ermittelten Temperaturwerten und den korrespondierenden Referenztemperaturwerten ermittelt.
In noch einem Beispiel wird der Grenzwert festgelegt mittels:
Anordnen einer Referenzsubstanz an dem Heizelement;
Beaufschlagen des Heizelements mit dem Referenzstromverlauf,
Erfassen des Referenztemperaturwerts während des Referenzstromverlaufs, bevorzugt Erfassen einer Vielzahl von Referenztemperaturwerten zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs; und
Speichern des Referenztemperaturwerts, bevorzugt der Referenztemperaturwerte, in einem Steuermittel.
Als„Referenzsubstanz“ kann in diesem Zusammenhang eine bekannte Substanz, eine ideale Substanz, oder auch eine Testsubstanz bezeichnet werden, die mit dem System zur Bereitstellung des inhalierbaren Aerosols und/oder der Heizeinheit kompatibel ist. Beispielsweise kann es sich bei der„Referenzsubstanz“ um ein Originalprodukt des Herstellers halten. Die Festlegung des Grenzwertes kann einmalig vor dem Verkauf des Systems vom Hersteller oder von einem Händler durchgeführt werden und der Referenztemperaturwert kann für die gesamte Lebensdauer des Systems in dem Steuermittel gespeichert bleiben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.
Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols mit einer Heizeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols mit einer daran angeordneten Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols und einer Heizeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinheit gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 4 ein Verfahren zum Festlegen eines Grenzwertes gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein System 1 zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols mit einer Heizeinheit 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die gezeigte Heizeinheit 3 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 5 mit einer Aufnahme 7 zum Halten einer Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols auf. Die Aufnahme 7 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet, um eine ebenfalls zylindrische, oder rohrförmig angeordnete Substanz zu halten.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist das Heizelement 11 mäanderförmig auf einem Substrat 9 angeordnet. Das Heizelement 11 weist eine Widerstandsleiterbahn auf und ist in Dünnschichttechnik auf dem Substrat 9 aufgebracht. Das Substrat 9 ist in der gezeigten Ausführungsform aus einer zu einer Platte gepressten und gesinterten Keramik aus Aluminiumoxid gebildet. Wenn die Widerstandsleiterbahn von einem Strom durchflossen wird erwärmt sich die Widerstandsleiterbahn und kann hierdurch eine daran angeordnete Substanz erhitzen. Das gezeigte Substrat 9 ist in der gezeigten Ausführungsform zu seinem Endbereich hin spitz zulaufend oder pfeilförmig ausgestaltet. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann das Substrat 9 aber auch aus anderen Materialien ausgebildet sein und/oder anders ausgestaltet sein, wie beispielsweise rechteckig oder dreieckig.
Das in Figur 1 gezeigte Temperatursensorelement 13 ist ebenfalls mäanderförmig ausgestaltet und kann auf dem Substrat 9, wie auch das Heizelement 11 , in Dünnschichttechnik angeordnet sein. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann das Temperatursensorelement 13 auch ein separates Gehäuse aufweisen. Vorteilhaft ist in der gezeigten Ausführungsform die sehr gute Wärmekopplung zwischen Temperatursensorelement 13 und Substrat 9, und dass der Innenwiderstand des Temperatursensorelements 13 größer ist als der Innenwiderstand des Heizelements 1 1 , um dadurch eine einfachere Erfassung der Temperatur, bzw. Temperaturänderungen im Vergleich zu einer direkten Messung an dem Heizelement 11 zu ermöglichen. Das gezeigte Heizelement 11 und das Temperatursensorelement 13 sind in der gezeigten Ausführungsform mit einem Steuermittel 15 verbunden. Das Steuermittel 15 kann eine elektrische oder elektronische Schaltung, wie beispielsweise eine programmierbare Schaltung, aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Steuermittel 15 Mittel zum Beaufschlagen 17 des Heizelements mit einem Referenzstromverlauf, Mittel zum Erfassen 19 zumindest eines Temperaturwertes von dem Temperatursensorelement 13, Mittel zum Ermitteln 21 eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert, und Mittel zum Bereitstellen 23 eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet. In der gezeigten Ausführungsform sind diese Mittel 17 - 23 elektronisch in dem Steuermittel 15 realisiert. In nicht gezeigten Ausführungsformen können diese Mittel 17 - 23 aber auch durch separate elektronische Schaltungen in dem Steuermittel 15 realisiert sein.
Auch wird in Figur 1 ein Energieversorgungsmittel 25 gezeigt, das mit dem Steuermittel 15 verbunden ist und zur Energieversorgung des Steuermittels 15, wie auch des Heizelements 11 und des Temperatursensorelements 13 dient.
In Figur 2 wird eine schematische Schnittdarstellung durch ein System 1 zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols mit einer daran angeordneten Substanz 27 zum Bilden des inhalierbaren Aerosols und einer Heizeinheit 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Das gezeigte System 1 entspricht dem System 1 , das bereits in Figur 1 gezeigt wurde, mit dem Unterschied, dass eine Substanz 27 zum Bilden des inhalierbaren Aerosols in die Aufnahme eingebracht wurde. Die Substanz 27 umfasst einen Tabak oder ein tabakähnliches Produkt und bildet das Aerosol, wenn die Substanz 27 mit dem Heizelement 1 1 erwärmt wird.
Figur 3 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das gezeigte Verfahren 1000 zum Betreiben einer Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, aufweisend die Schritte:
Beaufschlagen 1010 zumindest eines Heizelements mit zumindest einem
Referenzstromverlauf, Erfassen 1020 zumindest eines Temperaturwertes von zumindest einem
Temperatursensorelement angeordnet auf einem Substrat mit dem Heizelement zum Erhitzen einer Substanz zum Bilden des inhalierbaren Aerosols, wobei ein Innenwiderstand des
Temperatursensorelements größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements;
Ermitteln 1030 eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert; und
Bereitstellen 1040 eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
Weiterhin zeigt Figur 4 ein Verfahren 1100 zum Festlegen eines Grenzwertes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das gezeigte Verfahren 1 100 weist hierfür die folgenden Schritte auf:
Anordnen 1 110 einer Referenzsubstanz an dem Heizelement
Beaufschlagen 1 120 des Heizelements mit dem Referenzstromverlauf,
Erfassen 1130 des Referenztemperaturwerts während des Referenzstromverlaufs, bevorzugt Erfassen einer Vielzahl von Referenztemperaturwerten zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs; und
Speichern 1 140 des Referenztemperaturwerts, bevorzugt der Referenztemperaturwerte, in einem Steuermittel.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezuqszeichenliste
1 System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols
3 Heizeinheit
5 Gehäuse
7 Aufnahme
9 Substrat
1 1 Heizelement
13 T emperatursensorelement
15 Steuermittel
17 Mittel zum Beaufschlagen
19 Mittel zum Erfassen
21 Mittel zum Ermitteln
23 Mittel zum Bereitstellen
25 Energieversorgungsmittel
27 Substanz
1000 Verfahren zum Betreiben
1010 Beaufschlagen
1020 Erfassen
1030 Ermitteln
1040 Bereitstellen
1 100 Verfahren zum Festlegen eines Grenzwertes
1 1 10 Anordnen
1 120 Beaufschlagen
1 130 Erfassen
1 140 Speichern

Claims

Ansprüche
1. Eine Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols,
aufweisend:
zumindest ein Substrat (9) aufweisend zumindest ein Heizelement (11 ) zum Erhitzen einer Substanz (27) zum Bilden des inhalierbaren Aerosols und zumindest ein
Temperatursensorelement (13) zum Erfassen einer Temperatur des Heizelements (11 ), wobei ein Innenwiderstand des Temperatursensorelements (13) größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements (1 1 ); und
zumindest ein Steuermittel (15) verbunden mit dem Heizelement (1 1 ) und dem
Temperatursensorelement (13) und angepasst zum:
Beaufschlagen des Heizelements (11 ) mit einem Referenzstromverlauf,
Erfassen zumindest eines Temperaturwertes von dem Temperatursensorelement
(13),
Ermitteln eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert, und
Bereitstellen eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
2. Die Heizeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinheit zumindest ein Energieversorgungsmittel (25) aufweist und das
Steuermittel (15) angepasst ist das Heizelement (11 ) über das Energieversorgungsmittel (25) mit dem Referenzstromverlauf zu beaufschlagen und der Temperaturwert proportional zu der Höhe des Referenzstroms verläuft.
3. Die Heizeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Energieversorgungsmittel (25) angepasst ist bei Erhalt eines Hinweises von dem Steuermittel (15) die Energieversorgung des Heizelements (11 ) zu unterbrechen.
4. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuermittel (15) angepasst ist den Temperaturwert während des
Referenzstromverlaufs zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zu ermitteln.
5. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuermittel (15) angepasst ist mindestens zwei, bevorzugt eine Vielzahl von Temperaturwerten, zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs zu ermitteln, und den Entscheidungswert zwischen den Temperaturwerten und gespeicherten Referenztemperaturwerten zu ermitteln.
6. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuermittel (15) angepasst ist den Entscheidungswert aus der Differenz des Temperaturwerts/der Temperaturwerte und des Referenztemperaturwerts/der
Referenztemperaturwerte zu ermitteln.
7. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Heizelement (11 ) und das Temperatursensorelement (13) auf derselben Seite des Substrats (9) separat und benachbart angeordnet sind, insbesondere in
Dünnschichttechnik auf derselben Seite des Substrats (9) angeordnet sind.
8. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinheit zumindest eine elektrisch isolierende Schicht aufweist, wobei die elektrisch isolierende Schicht zumindest bereichsweise auf dem Heizelement (11 ) und/oder dem Temperatursensorelement (13) angeordnet ist.
9. Die Heizeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinheit ein Gehäuse (5) mit einer Aufnahme (7) zum Halten der Substanz (27) zum Bilden des inhalierbaren Aerosols aufweist, bevorzugt ist die Aufnahme (7) angepasst die Substanz (27) unmittelbar an dem Heizelement (1 1 ) und/oder das Heizelement (11 ) umgebend zu halten.
10. Verwendung einer Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols.
11. Ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinheit für ein System zur Bereitstellung eines inhalierbaren Aerosols, aufweisend die Schritte:
Beaufschlagen (1010) zumindest eines Heizelements (11 ) mit zumindest einem
Referenzstromverlauf,
Erfassen (1020) zumindest eines Temperaturwertes von zumindest einem
Temperatursensorelement (13) angeordnet auf einem Substrat (9) mit dem Heizelement (1 1 ) zum Erhitzen einer Substanz (27) zum Bilden des inhalierbaren Aerosols, wobei ein Innenwiderstand des Temperatursensorelements (13) größer ist als ein Innenwiderstand des Heizelements (11 );
Ermitteln (1030) eines Entscheidungswertes basierend auf dem Temperaturwert und zumindest einem gespeicherten Referenztemperaturwert; und
Bereitstellen (1040) eines Hinweises, wenn der Entscheidungswert zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
12. Das Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Ermitteln (1030) des Entscheidungswerts aufweist:
Ermitteln des Temperaturwerts zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Referenzstromverlaufs.
13. Das Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das Ermitteln (1030) des Entscheidungswerts aufweist:
Ermitteln von mindestens zwei, bevorzugt einer Vielzahl von Temperaturwerten, zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs, und Ermitteln des Entscheidungswerts zwischen den Temperaturwerten und gespeicherten
Referenztemperaturwerten.
14. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Entscheidungswert ermittelt wird mittels der Differenz des Temperaturwerts/der Temperaturwerte und des Referenztemperaturwerts/der Referenztemperaturwerte.
15. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert festgelegt wird mittels:
Anordnen (11 10) einer Referenzsubstanz an dem Heizelement (11 );
Beaufschlagen (1 120) des Heizelements (11 ) mit dem Referenzstromverlauf, Erfassen (1130) des Referenztemperaturwerts während des Referenzstromverlaufs, bevorzugt Erfassen einer Vielzahl von Referenztemperaturwerten zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Referenzstromverlaufs; und
Speichern (1 140) des Referenztemperaturwerts, bevorzugt der
Referenztemperaturwerte, in einem Steuermittel (15).
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