Die
Erfindung bezieht sich auf ein schmiegsames Wärmegerät
mit einer elektrischen Heizvorrichtung, die mindestens einen mit
einem flexiblen Träger verbundenen flexiblen Heizleiter
und mindestens einen von diesem mittels einer Zwischenisolation
getrennten Sensorleiter zum Überwachen ihrer Funktion aufweist,
mit einer Erfassungsschaltung, die auf von dem Sensorleiter abgegriffene
Sensorsignale anspricht, und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern
oder Regeln der von der Heizvorrichtung erzeugten Temperatur und
Auswerten von mittels der Erfassungsschaltung bereitgestellten Signalen
in einer Auswerteeinrichtung.The
The invention relates to a flexible heat device
with an electric heater that has at least one with
flexible heating conductor connected to a flexible support
and at least one of them by means of an intermediate insulation
having separate sensor conductors for monitoring their function,
with a detection circuit, which is tapped from the sensor conductor
Sensor signals responsive, and with a control device for controlling
or regulating the temperature generated by the heater and
Evaluating signals provided by the detection circuit
in an evaluation device.
Ein
schmiegsames Wärmegerät dieser Art ist in der WO 03/077397 A1 angegeben.
Hierbei ist eine elektrische Heizleiteranordnung in einem flexiblen
Heizkörper integriert, wobei zwischen einem ersten und
einem zweiten Leiter der Heizleiteranordnung eine Zwischenisolation
mit bei ansteigender Temperatur abnehmender Widerstandscharakteristik (NTC-Verhalten)
angeordnet ist. Eine Ansteuerschaltung ist zum Abgreifen eines von
der Temperatur der Isolation abhängigen elektrischen Überwachungssignals
an einen auf eine Widerstandsveränderung der Isolation
ansprechenden Abschnitt des Heizkreises gekoppelt und spricht auf
eine Überschreitung einer Schwelle durch das Überwachungssignal
an, um den Heizstrom durch Ansteuern eines Steuerglieds zu unterbrechen.
Ferner ist ein Sicherheitssystem vorgesehen, das eine Temperatursicherung
beinhaltet, die bei durch die Isolationsschicht fließendem
Strom anspricht, da in diesem Falle eine am Ende zwischen den beiden
Heizleitern liegende Diode überbrückt wird und
somit auch die andere Halbwelle der versorgenden Wechselspannung
zum Aufwärmen der Temperatursicherung beiträgt.A pliant warming device of this kind is in the WO 03/077397 A1 specified. In this case, an electrical heating conductor arrangement is integrated in a flexible heating element, wherein between a first and a second conductor of the heating conductor arrangement an intermediate insulation with increasing temperature decreasing resistance characteristic (NTC behavior) is arranged. A drive circuit is coupled for tapping a dependent of the temperature of the insulation monitoring electrical signal to a responding to a resistance change of the insulation portion of the heating circuit and is responsive to exceeding a threshold by the monitoring signal to interrupt the heating current by driving a control member. Further, a safety system is provided which includes a temperature fuse which responds to current flowing through the insulation layer, since in this case a lying at the end between the two heat conductors diode is bridged and thus also contributes to the other half wave of the supplying AC voltage for warming the temperature fuse.
In
der DE 102 00 974
C2 ist eine Steuereinrichtung für eine Heizvorrichtung
mit flexiblem Heizkörper angegeben, bei der die Heiztemperatur über einen
Regelkreis auf einem gewünschten Wert gehalten wird.In the DE 102 00 974 C2 is a control device for a heater with flexible radiator specified in which the heating temperature is maintained at a desired value via a control loop.
In
der EP 1 491 071 B1 ist
eine weitere Heizvorrichtung mit flexiblem Heizkörper gezeigt,
bei der ebenfalls eine Steuereinrichtung für die Heiztemperatur
vorgesehen ist und außerdem ein zusätzliches ansteuerbares
Steuerglied in Reihe zu einem ersten ansteuerbaren Steuerglied im
Heizkreis liegt.In the EP 1 491 071 B1 a further heating device is shown with flexible radiator, in which also a control device for the heating temperature is provided and also an additional controllable control member is in series with a first controllable control element in the heating circuit.
In
der EP 1 604 548 B1 ist
ein Heizgerät mit einem schmiegsamen Wärmeteil
gezeigt, bei dem eine Steuervorrichtung für die Temperaturregulierung und
Funktionsüberwachung mit einer Sollwertbereitstellungsschaltung
vorgesehen ist. Die Überwachungsschaltung weist eine Überwachungseinheit zur Überwachung
des Isolationszustandes der zwischen den beiden Heizleitern befindlichen
Isolation auf.In the EP 1 604 548 B1 For example, there is shown a heater having a pliable heat portion in which a temperature regulation and function monitoring control device is provided with a setpoint supply circuit. The monitoring circuit has a monitoring unit for monitoring the insulation state of the insulation located between the two heating conductors.
Ein
schmiegsames Wärmegerät mit flexiblem Heizkörper,
bei dem ebenfalls ein Sicherheitssystem mit Temperatursicherung
vorhanden ist, die in Abhängigkeit des Widerstandes der
Zwischenisolation zwischen zwei Heizleitern arbeitet, ist auch in der EP 0 562 850 A2 gezeigt.
Auch hierbei wird eine Netzhalbwelle zum Heizen verwendet und mit
der anderen wird der sich mit der Temperatur ändernde Widerstand
der Zwischenisolation detektiert.A pliant heating device with flexible radiator, in which also a safety system with thermal fuse is present, which operates in dependence on the resistance of the intermediate insulation between two heating conductors, is also in the EP 0 562 850 A2 shown. Here, too, a power half-wave is used for heating and with the other, the temperature-changing resistance of the intermediate insulation is detected.
Die EP 0 910 227 A zeigt
ein schmiegsames Wärmegerät, bei dem ein Sicherheitssystem
auf der Fortpflanzung eines Kurzschlusses entlang dem Heizleiter
basiert, bis genügend Überstrom fließt
und eine Gerätestromsicherung irreversibel ausgelöst wird.
Das Abschalten des Gerätes im Fehlerfall kann bei diesem
Aufbau viel Zeit beanspruchen.The EP 0 910 227 A shows a pliable heat device, in which a safety system based on the propagation of a short circuit along the heating element, until sufficient overcurrent flows and a device fuse is irreversibly triggered. Switching off the device in the event of a fault can take a long time in this structure.
Bei
den genannten schmiegsamen Wärmegeräten besteht
ein Nachteil darin, dass eine schnelle, nicht leistungserhöhende
Sicherheitsabschaltung schwer erreichbar ist, so dass derartige
Systeme z. B. für Anwendungen mit begrenzten Energiekapazitäten,
wie z. B. beim Betrieb an Schutzkleinspannungen keine befriedigende
Sicherheit bieten. Beispielsweise wird bei bekannten Systemen mit
Ausnutzung der zweiten Halbwelle der versorgenden Wechselspannung
zum Abschalten mindestens eine Zeit von 30 Sekunden und eine Leistungserhöhung
um ca. 10% benötigt.at
consists of said pliable heat appliances
a disadvantage in that a fast, not performance-enhancing
Safety shutdown is difficult to reach, so that such
Systems z. For applications with limited energy capacity,
such as B. when operating at safety extra low voltages no satisfactory
Provide security. For example, in known systems with
Utilization of the second half-wave of the supplying AC voltage
to shut down at least a time of 30 seconds and a power increase
about 10% needed.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schmiegsames Wärmegerät
der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das eine verbesserte Funktionsüberwachung
bietet und mit dem eine höhere Sicherheit erreichbar ist.Of the
Invention is based on the object, a pliable warming device
of the type mentioned above to provide an improved function monitoring
offers and with which a higher security is achievable.
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass der mindestens eine Sensorleiter als
ein eine Signaländerung hervorrufendes Bauteil in die Erfassungsschaltung
eingebunden ist. Mit der Einbindung des Sensorleiters in die Erfassungsschaltung
in der Weise, dass die Signaländerung, beispielsweise eine Wechselspannungscharakteristik
einer in der Erfassungsschaltung vorliegenden Wechselspannung ein Signal
aus Gleich- und Wechselspan nungsanteilen oder entsprechende Stromsignale
hervorgerufen wird, lässt sich die Funktion der Heizvorrichtung
mit hoher Genauigkeit erkennen und z. B. für eine Sicherheitsabschaltung
bzw. reversible oder irreversible Unterbrechung des Heizstroms nutzen.
Die Erfassungsschaltung spricht schnell und auf geringe Signaländerungen
an, so dass sie insbesondere auch für einen Betrieb eines
schmiegsamen Wärmegerätes mit Kleinspannung oder
Gleichspannung bzw. daraus gebildeter Wechselspannung oder Kombination
aus Wechsel- und Gleichspannung vorteilhaft geeignet ist. Das von
der Erfassungsschaltung bereitgestellte Signal kann dabei eine aus
der Wechselspannungscharakteristik hergeleitete Information enthalten.This object is achieved with the features of claim 1. It is provided that the at least one sensor conductor is integrated into the detection circuit as a component causing a signal change. With the integration of the sensor conductor in the detection circuit in such a way that the signal change, for example, an AC voltage characteristic of an AC voltage present in the detection circuit, a signal from DC and AC voltage components or corresponding current signals is caused, the function of the heater can be detected with high accuracy and z. B. for a safety shutdown or reversible or irreversible interruption of the heating current use. The detection circuit responds quickly and to small signal changes, so that they are particularly suitable for operation of a pliant heat device with low voltage or DC voltage or AC voltage or Kombina formed therefrom tion from AC and DC voltage is advantageously suitable. The signal provided by the detection circuit may include information derived from the AC voltage characteristic.
Die
Erfassungsschaltung kann dabei zum Erfassen verschiedener Signaländerungen
unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise ist vorgesehen, dass
die Signaländerung eine Frequenzänderung, eine
Amplitudenänderung, eine Phasenänderung, ein Verhältnis
von Einzeit zu Auszeit oder eine Kombination mindestens zweier dieser
Charakteristiken umfasst.The
Detection circuit can thereby detect various signal changes
be structured differently. For example, it is provided that
the signal change a frequency change, a
Amplitude change, a phase change, a ratio
from one-time to one-off or a combination of at least two of these
Characteristics includes.
Verschiedene
Ausgestaltungsvarianten des Wärmegerätes für
eine sichere Erfassung der Signaländerung, beispielsweise
Wechselspannungscharakteristik, bestehen darin, dass die Erfassungsschaltung
als bedämpfbarer steuerbarer Oszillator, als Multivibrator,
als Integrator, als Resonator oder als Phasenschieberanordnung insbesondere
im Ringmodus aufgebaut ist. Dabei kann die Erfassungsschaltung ganz
oder teilweise als integrierte Schaltung (ASIC, FPGA, Microcontroller
oder dgl.) aufgebaut sein. Dabei können am Eingang ein
oder mehrere Signale anliegen, die logisch bzw. porgrammtechnisch
verarbeitet und an einem oder mehreren Ausgängen ausgegeben
werden können.Various
Design variants of the heating device for
a safe detection of the signal change, for example
AC voltage characteristic, consist in that the detection circuit
as a dampable controllable oscillator, as a multivibrator,
as an integrator, as a resonator or as a phase shifter arrangement in particular
is constructed in ring mode. The detection circuit can completely
or partly as an integrated circuit (ASIC, FPGA, microcontroller
or the like). It can be at the entrance
or several signals that logically or porgrammtechnisch
processed and output at one or more outputs
can be.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Wärmegerätes
besteht darin, dass die Zwischenisolation temperaturabhängiges
Widerstandsverhalten und/oder ein temperaturabhängiges
Verhalten des Dielektrikums aufweist, wobei die Temperaturabhän gigkeit
einen negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten besitzt.
Dieser Aufbau ist z. B. günstig für eine Lokalisierung
von überhitzten Stellen des Wärmegerätes.
Weist die Zwischenisolation Frequenzabhängigkeit auf, lässt
sich auch eine davon abhängige Signaländerung
auswerten.A
further advantageous embodiment of the heating device
is that the intermediate insulation temperature-dependent
Resistance and / or a temperature-dependent
Behavior of the dielectric having the Temperaturabhän capacity
has a negative or positive temperature coefficient.
This structure is z. B. favorable for a localization
from overheated spots of the heater.
Does the intermediate isolation frequency dependence on leaves
also a dependent signal change
evaluate.
Alternativ
oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Heizleiter
und/oder der Sensorleiter temperaturabhängiges Widerstandsverhalten
aufweist, wobei die Temperaturabhängigkeit einen negativen
oder positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Diese Ausführung
ist insbesondere für eine Gesamtüberwachung vorteilhaft.alternative
or additionally, it may be provided that the heating conductor
and / or the sensor conductor temperature-dependent resistance behavior
wherein the temperature dependence is a negative
or has positive temperature coefficient. This execution
is particularly advantageous for overall monitoring.
Verschiedene
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, dass die Heizvorrichtung
als Wärme erzeugendes Heizelement eine Heizkordel mit koaxialer
Anordnung von Heizleiter und Sensorleiter aufweist oder eine Schichtstruktur
von Heizleiter und Sensorleiter mit der zwischengefügten
Zwischenisolation aufweist. Eine solche Schichtstruktur mit Heizleiter,
Sensorleiter und Zwischenisolation kann auch mehrfach vorhanden
sein.Various
Further advantageous embodiments are that the heating device
as heat-generating heating element a heating cord with coaxial
Arrangement of heating conductor and sensor conductor has or a layer structure
of heating conductor and sensor conductor with the interposed
Intermediate isolation has. Such a layer structure with heating conductor,
Sensor conductor and intermediate insulation can also be present several times
be.
Eine
detaillierte Aussage zum Zustand des Wärmegerätes
wird ferner dadurch erreicht, dass mit der Auswerteeinrichtung ein
punktuelles Auftreten einer Übertemperatur auf der Grundlage
einer Widerstandsänderung der Zwischenisolation und/oder
ein Kurzschluss zwischen Heizleiter und Sensorleiter auf der Grundlage
eines Durchschmelzens der Zwischenisolation feststellbar ist/sind.A
detailed statement about the condition of the heater
is further achieved in that with the evaluation a
punctual occurrence of an overtemperature on the basis
a change in resistance of the intermediate insulation and / or
a short circuit between the heating conductor and the sensor conductor on the basis
a melting of the intermediate insulation is detected / are.
Zu
einem vorteilhaften Aufbau mit zweckmäßigen Steuerungsmöglichkeiten
tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass in einem den
mindestens einen Heizleiter enthaltenden Heizkreis mindestens ein
mittels der Steuereinrichtung steuerbarer Lastschalter zum Steuern
oder Regeln der Heizleistung und/oder zum Abschalten bei Fehlfunktion
der Heizvorrichtung angeordnet ist.To
an advantageous structure with appropriate control options
contribute further to the measures taken in a
at least one heating circuit containing at least one
by means of the control device controllable load switch for controlling
or regulating the heating power and / or switching off in case of malfunction
the heating device is arranged.
Eine
für den mobilen Betrieb vorteilhafte Ausbildung ergibt
sich dadurch, dass als elektrische Energieversorgung eine Gleichspannungsquelle
(wie Auto-, Bootsbatterie oder Akku) oder Wechselspannungsquelle
(wie z. B. der unstabilisierte Ausgang eines Netztrafos oder Schaltnetzteils)
vorgesehen ist.A
for the mobile operation advantageous training results
in that as electric power supply a DC voltage source
(such as car, boat battery or rechargeable battery) or AC source
(such as the unstabilized output of a mains transformer or switched-mode power supply)
is provided.
Eine
weitere Ausgestaltung mit günstigen Steuerungsmöglichkeiten
besteht darin, dass zwischen der Gleichspannungsquelle und der Heizvorrichtung
ein DC/AC-Wechselrichter angeordnet ist, über den die Heizvorrichtung
mit Wechselspannung betrieben wird.A
further embodiment with favorable control options
is that between the DC voltage source and the heater
a DC / AC inverter is arranged over which the heating device
operated with AC voltage.
Zu
einer sicheren Funktionsfähigkeit auf lange Sicht tragen
die Maßnahmen bei, dass eine an den Sensorleiter angelegte
Wechselspannung eine um mindestens den Faktor zwei höhere
oder niedrigere Frequenz besitzt als die an dem Heizleiter liegende
Versorgungsspannung, um durch Spannungsänderung zwischen
Sensorleiter und Heizleiter einen Korrosionsschutz zu erzeugen.To
a safe functioning in the long term wear
the measures in that one applied to the sensor conductor
AC voltage by at least a factor of two higher
or lower frequency than that lying on the heating conductor
Supply voltage to switch by voltage change between
Sensor conductor and heating conductor to produce a corrosion protection.
Die
Steuerungsmöglichkeiten des Wärmegerätes
werden ferner dadurch begünstigt, dass die Steuereinrichtung
zur Steuerung oder Regelung der Temperatur einen Stromsensor für
den durch den Heizleiter fließenden Heizstrom aufweist.The
Control options of the heating device
are further facilitated by the fact that the control device
for controlling or regulating the temperature of a current sensor for
having the heating current flowing through the heating conductor.
Die
Ausgestaltung kann auch so ausgeführt sein, dass aus einer
Erfassungsschaltung eine einfache oder redundante Sicherheitsschaltung
angesprochen wird.The
Design can also be designed so that from a
Detection circuit a simple or redundant safety circuit
is addressed.
Erweiterte
Aussagen zum Zustand des Heizgerätes werden dadurch erreicht,
dass die Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, dass mit ihr auch
eine Alterung der Heizvorrichtung aufgrund alterungsabhängiger
Widerstandswerte und/oder Kapazitätswerte und/oder damit
zusammenhängender Fehlerarten auf der Basis der von der
Erfassungsschaltung bereitgestellten Signale feststellbar ist/sind.Extended
Statements about the condition of the heater are achieved by
that the evaluation device is designed so that with her too
an aging of the heater due to age-dependent
Resistance values and / or capacitance values and / or with it
related types of errors based on that of the
Detection circuit provided signals is / are detectable.
Für
den Nutzer sind ferner die Merkmale von Vorteil, dass an die Steuereinrichtung
eine von ihr angesteuerte Wartungs-, Diagnose- und/oder Fehleranzeige
angeschlossen ist.For
the user are also the features of advantage that to the controller
one of her controlled maintenance, diagnostic and / or error display
connected.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:The
Invention will be described below with reference to embodiments
explained in more detail with reference to the drawings.
Show it:
1 einen
Aufbau eines schmiegsamen Wärmegerätes mit wesentlichen
Komponenten in Blockdarstellung, 1 a construction of a flexible heat device with essential components in a block diagram,
2 eine
schematische Darstellung eines Heizelementes mit Anschlussanordnung, 2 a schematic representation of a heating element with connection arrangement,
3 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Erfassungsschaltung in
Form eines Oszillators, 3 a first embodiment of a detection circuit in the form of an oscillator,
4 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Erfassungsschaltung in
Form eines Oszillators, 4 A second embodiment of a detection circuit in the form of an oscillator,
5 ein
Ausführungsbeispiel für den Anschluss einer Erfassungsschaltung
an einen Sensorleiter eines Heizelementes und Anschluss einer Steuereinrichtung, 5 an embodiment for the connection of a detection circuit to a sensor conductor of a heating element and connection of a control device,
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel zum Anschluss einer Erfassungsschaltung
an das Heizelement und Anschluss einer Steuereinrichtung und 6 a further embodiment for connecting a detection circuit to the heating element and connection of a control device and
7 eine
detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
Wärmegerätes mit Steuereinrichtung und Erfassungsschaltung. 7 a more detailed representation of an embodiment of a heating device with control device and detection circuit.
1 zeigt
in einer Blockdarstellung den Anschluss eines Heizelementes 10 mit
Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 sowie Zwischenisolation 13 an
eine Erfassungsschaltung 20 für den Zustand bzw.
die Funktion des schmiegsamen Wärmegerätes sowie an
eine Steuereinrichtung 30. Das Heizelement 10, beispielsweise
eine Heizkordel mit koaxial angeordnetem Innenleiter und davon mittels
der Zwischenisolation 13 elektrisch isoliertem Außenleiter,
wobei der Innenleiter oder der Außenleiter als Heizleiter 11 bzw.
Sensorleiter 12 fungieren können, ist auf einem flexiblen
Träger, wie z. B. einer Decke oder einem Kissen oder einem
Bezug aufgenommen bzw. in diesen integriert. Alternativ kann das
Heizelement mit dem Heizleiter 11 und dem Sensorleiter 12 sowie
der Zwischenisolation 13 auch flächig in Schichten
ausgeführt sein. Der Sensorleiter 12 ist an die
Erfassungsschaltung 20 angeschlossen und kann zudem mit
der Steuereinrichtung 30 in Verbindung stehen, während
die Steuereinrichtung 30 auch für die Steuerung
der Heizleistung über mindestens einen in einem Heizkreis
liegenden Lastschalter 40 und gegebenenfalls weiteren Lastschalter 41 dient,
wobei der Strom durch den Heizleiter 11 durch Öffnen
des Lastschalters 40 bzw. des weiteren Lastschalters 41 unterbrochen
und durch Schließen eingeschaltet werden kann. Der weitere
Lastschalter 41 stellt ein redundantes Bauteil dar und
liegt z. B. über eine redundante Schutzeinrichtung 42 an
der Steuereinrichtung 30. Die gegebenenfalls vorhandene,
redundante Schutzeinrichtung 42 ist auch mit der Erfassungsschaltung 20 verbunden.
Zum Abgriff des Heizstroms kann für Steuerungs- oder Regelungszwecke
in dem Heizkreis ferner ein Stormsensor 44 angeordnet sein.
Zur Versorgung des Heizelementes 10 ist eine Spannungsversorgung 50,
die beispielsweise als Gleichspannungsversorgung ausgebildet ist,
vorhanden. Zusätzlich kann eine Akku-Einheit 51 zur
Versorgung vorgesehen sein, wobei die Versorgung über eine
Verwaltungseinrichtung 52 geeignet gesteuert werden kann.
Soll das Heizelement 10 bzw. der darin vorhandene Heizleiter 11 nicht
unmittelbar mittels der Gleichspannung versorgt werden, ist zwischen
einem oder beiden Anschlüssen des Heizelementes 10 und
der Spannungsversorgung ein DC/AC-Wechselrichter 43 bzw. 53 angeordnet.
Ferner ist an die Steuereinrichtung 30 eine Bedien-/Anzeigeeinheit 35 angeschlossen,
um den Benutzer oder Wartungspersonal über den Zustand
des Wärmegerätes zu informieren. 1 shows in a block diagram the connection of a heating element 10 with heating conductor 11 and sensor conductor 12 as well as intermediate insulation 13 to a detection circuit 20 for the state or function of the flexible heat device and to a control device 30 , The heating element 10 For example, a heating cord with coaxially arranged inner conductor and thereof by means of the intermediate insulation 13 electrically insulated outer conductor, wherein the inner conductor or the outer conductor as a heating conductor 11 or sensor conductor 12 is on a flexible support, such as. B. a blanket or a pillow or a cover or integrated into this. Alternatively, the heating element with the heating conductor 11 and the sensor conductor 12 as well as the intermediate insulation 13 also be executed flat in layers. The sensor conductor 12 is to the detection circuit 20 connected and also with the control device 30 communicate while the controller 30 also for controlling the heating power via at least one load switch located in a heating circuit 40 and optionally further load switch 41 serves, with the current through the heating conductor 11 by opening the circuit breaker 40 or the other load switch 41 interrupted and can be switched on by closing. The further load switch 41 represents a redundant component and is z. B. via a redundant protective device 42 at the control device 30 , The possibly existing, redundant protective device 42 is also with the detection circuit 20 connected. For tapping the heating current, a control sensor may also be included in the heating circuit for control purposes 44 be arranged. To supply the heating element 10 is a power supply 50 , which is designed for example as a DC power supply available. In addition, a battery unit 51 be provided for supply, the supply via a management facility 52 can be suitably controlled. Should the heating element 10 or the heating conductor present therein 11 are not directly supplied by the DC voltage is between one or both terminals of the heating element 10 and the power supply a DC / AC inverter 43 respectively. 53 arranged. Further, to the controller 30 an operating / display unit 35 connected to inform the user or maintenance personnel about the condition of the heater.
Ein
Ausgestaltungsbeispiel besteht dabei darin, dass während
der Heiz-/Sensormessperioden der oder die Sensorleiter 12 parallel,
in Reihe oder mit einseitiger Verbindung mit gleicher oder entgegen gesetzter
Polung bezüglich des Heizleiters 11 geschaltet
wird, werden. Ein Vorteil der Parallelschaltung ist eine niedrige
Gesamtheizleiterimpedanz (woraus sich eine Materialeinsparung ergibt).
Ein Vorteil der Reihenschaltung ist eine Spannungsdifferenz zwischen
Heiz- und Sensorleiter mit Ableitung eines NTC-/PTC-Temperatursignals
für die Erfassungsschaltung oder Polarisierung der NTC-
bzw. PTC-Zwischenisolation z. B. für einen Korrosionsschutz
der Leiter-/Sensoroberflächen.An exemplary embodiment consists in the fact that during the heating / sensor measuring periods of the sensor or the sensor 12 parallel, in series or with one-sided connection with the same or opposite polarity with respect to the heating conductor 11 will be switched. An advantage of the parallel connection is a low total heater impedance (resulting in material savings). An advantage of the series connection is a voltage difference between the heating and sensor conductors with the derivation of an NTC / PTC temperature signal for the detection circuit or polarization of the NTC or PTC intermediate insulation z. B. for corrosion protection of the conductor / sensor surfaces.
2 zeigt
eine schematische Darstellung des Heizelementes 10 mit
Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 sowie der Zwischenisolation 13.
Der Sensorleiter 12 ist über einen oder zwei Anschlüsse
A1 an die Erfassungsschaltung 20 angeschlossen, wobei der
Sensorleiter 12 einen Temperatursensor TS bildet. Zwischen
den beiden Anschlüssen kann auch eine Verbindung hergestellt
sein, wie die gestrichelte Linie zeigt. Zur Steuerung des Heizelementes
ist dieses über Anschlüsse A2 an die Steuereinrichtung 30 bzw.
den oder die Lastschalter 40, 41 angeschlossen. 2 shows a schematic representation of the heating element 10 with heating conductor 11 and sensor conductor 12 as well as the intermediate insulation 13 , The sensor conductor 12 is via one or two terminals A1 to the detection circuit 20 connected, the sensor conductor 12 forms a temperature sensor TS. A connection can also be established between the two connections, as shown by the dashed line. For controlling the heating element this is via connections A2 to the control device 30 or the load switch or switches 40 . 41 connected.
3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfassungsschaltung 20,
ausgebildet als Oszillator. Der Temperatursensor TS nach 2 (ausgefülltes
Quadrat) kann an verschiedenen Stellen der Oszillatorschaltung angeordnet
sein. Die Oszillatorschaltung weist zwei Verstärkerschaltkreise 21, 22 in Form
hintereinander geschalteter Operationsverstärker auf, wobei
am Ausgang des Operationsverstärkers 22 ein Signal über
einen Ausgang A3 zur Weiterleitung an die Steuereinrichtung 30 bzw.
an eine in dieser vorhandene Auswerteeinrichtung bereitgestellt
wird. Dabei wird das bereit gestellte Signal über einen
Kondensator C1 ausgekoppelt. Der Ausgang des zweiten Verstärkerschaltkreises 22 ist über
Widerstände RX1, R1 auf den Eingang des ersten Verstärkerschaltkreises 21 rückgekoppelt,
wobei zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkerschaltkreises 21 und
dem Eingang des zweiten Verstärkerschaltkreises 22 eine
Verbindung zur Rückkopplung über einen Kondensator
CX1 hergestellt ist. 3 shows a first embodiment of the detection circuit 20 , designed as an oscillator. The temperature sensor TS after 2 (filled square) may be arranged at different locations of the oscillator circuit. The oscillator circuit has two amplifier circuits 21 . 22 in Form successively connected operational amplifier, wherein at the output of the operational amplifier 22 a signal via an output A3 for forwarding to the control device 30 or is provided to an existing in this evaluation. In this case, the signal provided is coupled out via a capacitor C1. The output of the second amplifier circuit 22 is via resistors RX1, R1 to the input of the first amplifier circuit 21 fed back, wherein between the output of the first amplifier circuit 21 and the input of the second amplifier circuit 22 a connection to the feedback via a capacitor CX1 is made.
4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfassungsschaltung 20 in
Form eines Oszillators mit einem Schmitt-Trigger 23, wobei
der Rückkopplungszweig verschieden ausgebildet sein kann und
verschiedene Rückkopplungszweige über Anschlüsse
X1, X2 angeschlossen werden können. In einem ersten Ausführungsbeispiel
liegt im Rückkopplungszweig lediglich ein Widerstand RX2,
während bei dem anderen Ausführungsbeispiel eine
Parallelschaltung aus Widerstandsanordnung mit in einer Richtung
gepolter Diode RX3/RX4/D1 und Widerstandsanordnung mit in entgegen
gesetzter Richtung gepolter Diode RX5/RX6/D2 vorhanden ist. Der
Eingang des Schmitt-Triggers 23 liegt außerdem über
einen Kondensator CX2 an Masse, während das Ausgangssignal über
einen Kondensator C2 an einem Ausgangsanschluss A3 abgenommen wird.
Der Temperatursensor TS kann wiederum unterschiedlich angeordnet
sein. 4 shows another embodiment of the detection circuit 20 in the form of an oscillator with a Schmitt trigger 23 , wherein the feedback branch may be formed differently and different feedback branches can be connected via terminals X1, X2. In a first exemplary embodiment, only one resistor RX2 is present in the feedback branch, while in the other exemplary embodiment a parallel circuit comprising a resistor arrangement with diode RX3 / RX4 / D1 polarized in one direction and resistor arrangement with diode RX5 / RX6 / D2 polarized in the opposite direction is present. The entrance of the Schmitt trigger 23 is also connected through a capacitor CX2 to ground, while the output signal is removed via a capacitor C2 at an output terminal A3. The temperature sensor TS can in turn be arranged differently.
5 zeigt
ein Beispiel für einen Anschluss des Heizelementes 10 an
die Steuereinrichtung 30 und die Erfassungsschaltung 20,
wobei die Erfassungsschaltung als Oszillator mit Schmitt-Trigger 23 ausgebildet
ist. Der Sensorleiter 12 liegt am Eingang des Oszillators,
während der Heizleiter 10 an der Spannungsversorgung 50 über
steuerbare Schalter S1 bzw. S2 liegt, die mittels der Steuereinrichtung 30 in
Form einer Auswerte-/Regel-/Steuereinheit entsprechend der gewünschten
Heizleistung ansteuerbar sind. Das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 20 liegt
ebenfalls an der Steuereinrichtung 30. Das Ausführungsbeispiel
nach 5 arbeitet vorwiegend mit kapazitiver Sensorsignaländerung. 5 shows an example of a connection of the heating element 10 to the controller 30 and the detection circuit 20 , wherein the detection circuit as an oscillator with Schmitt trigger 23 is trained. The sensor conductor 12 is located at the input of the oscillator, while the heating conductor 10 at the power supply 50 via controllable switches S1 and S2, by means of the control device 30 in the form of an evaluation / control / control unit according to the desired heating power can be controlled. The output signal of the detection circuit 20 is also at the controller 30 , The embodiment according to 5 works mainly with capacitive sensor signal change.
Ähnlich
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 ist
auch bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
das Heizelement 10 an die Erfassungsschaltung 20 und
die Steuereinrichtung 30 sowie die Spannungsversorgung 50 angeschlossen. Hierbei
ist zudem der Ausgang der Oszillatorschaltung mit dem Heizkreis über
einen Widerstand R1 verbunden. Die Ausführung nach 6 arbeitet
vorwiegend mit resistiver Signaländerung.Similar to the embodiment according to 5 is also at the in 6 embodiment shown, the heating element 10 to the detection circuit 20 and the controller 30 as well as the power supply 50 connected. In this case, moreover, the output of the oscillator circuit is connected to the heating circuit via a resistor R1. The execution after 6 works mainly with resistive signal change.
7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des schmiegsamen Wärmegerätes
z. B. in Form einer Autoheizdecke, die mittels einer 12 V-Versorgungsspannung
betrieben wird. Auch hierbei ist das Heizelement 10 mit
dem Heizleiter 11 an die Steuereinrichtung 30 über
die steuerbaren Schalter S1, S2 angeschlossen, während
der Sensorleiter 12 an der Erfassungsschaltung 20 in
Form des Oszillators liegt. 7 shows an embodiment of the flexible heat device z. B. in the form of a car heating blanket, which is operated by means of a 12 V supply voltage. Again, the heating element 10 with the heating conductor 11 to the controller 30 connected via the controllable switches S1, S2, while the sensor conductor 12 at the detection circuit 20 in the form of the oscillator.
Nachfolgend
werden nähere Ausführungen zum Aufbau und zur
Wirkungsweise des schmiegsamen Wärmegerätes gemacht.
Eine wesentliche Systemkomponente ist die das Sensorsignal aufnehmende
Erfassungsschaltung 20, insbesondere in Form einer Oszillatorschaltung,
nachfolgend kurz als Oszillator bezeichnet, die mit der Heizkörper-Sensorik
zur Funktionsüberwachung und Betriebssicherheit zusammenwirkt.
Die Heizkörper-Sensorik mit dem Sensorleiter 12 ist
mit dem Heizelement 10 flächig oder z. B. mäanderförmig
auf einem flexiblen Träger angeordnet und wirkt über
die gesamte Länge des Heizelementes 10 bzw. der
Heizfläche und ist zur Detektion von Stellen übermäßiger
Wärmeentwicklung (Hot-Spot-Temperaturen) und/oder über
die Länge bzw. Fläche integrierte Temperaturmessung
ausgebildet. Zur Aufnahme des von der Oszillatorschaltung bereitgestellten
Signals ist an diese eine Auswerteeinrichtung mit einer oder mehreren
(gegebenenfalls redundanten) Auswerteschaltungen angeschlossen, die
beispielsweise einen Teil der Steuereinrichtung 30 bildet
bzw. mit dieser zusammen arbeitet, so dass die Heizung und/oder
andere Lasten in Sekunden oder Sekundenbruchteilen geregelt, gesteuert
oder abgeschaltet wird/werden.Below, further details are made to the structure and operation of the flexible heat device. An essential system component is the detection signal receiving the sensor signal 20 , in particular in the form of an oscillator circuit, hereinafter referred to briefly as an oscillator, which cooperates with the radiator sensor system for function monitoring and operational safety. The radiator sensor with the sensor conductor 12 is with the heating element 10 flat or z. B. arranged meandering on a flexible support and acts over the entire length of the heating element 10 or the heating surface and is designed to detect points of excessive heat generation (hot-spot temperatures) and / or over the length or surface integrated temperature measurement. In order to receive the signal provided by the oscillator circuit, an evaluation device with one or more (possibly redundant) evaluation circuits is connected to this, for example a part of the control device 30 forms or cooperates with this, so that the heating and / or other loads in seconds or fractions of a second regulated, controlled or turned off / are.
Für
die Hot-Spot-Temperaturerkennung an dem Heizkörper mit
dem Heizelement 10 gibt es im Wesentlichen zwei Ausführungen,
nämlich zum einen ein reversibles System, das aufgrund
eines NTC-/ oder PTC-Zwischenisolationssensors einen Geräteausfall
verhindert, und zum anderen ein nicht reversibles System, das auf
Basis des Durchschmelzens der Zwischenisolation 13 zwischen
zwei oder auch mehr Leitern arbeitet und zum vollständigen Ausfall
der Heizvorrichtung bzw. des Wärmegerätes führt.For hot spot temperature detection on the radiator with the heating element 10 There are essentially two versions, namely, on the one hand, a reversible system, which prevents device failure due to an NTC or PTC intermediate insulation sensor, and, on the other hand, a non-reversible system based on the melting of the intermediate insulation 13 works between two or more conductors and leads to complete failure of the heater or the heater.
Darüber
hinaus können weitere Sensoren für die Betriebssicherheit
vorgesehen sein, deren Sensor-Ausgangssignale von der Erfassungsschaltung 20 aufgenommen
werden, wie z. B. im Zusammenhang mit einer Motor-Überhitzungseinrichtung
einer Massagematte oder dgl.In addition, further sensors for operational safety can be provided, whose sensor output signals from the detection circuit 20 be recorded, such. B. in connection with a motor overheating device of a massage mat or the like.
Insbesondere
bei speziellen Geräten für den Außenbereich,
wie z. B. Akku-Heizkissen, können insbesondere durch Polarisierung
oder andere nachteilige dielektrische Einflüsse ungünstige
Betriebsbedingungen auftreten. Die negativen Eigenschaften können
vor allem bei Gleichspannungs-Versorgungen und/oder asymmetrisch
belasteten Energiequellen z. B. an dem NTC-/ oder PTC-Sensorsystem
die Funktion beeinträchtigen. Derartige negative Einflüsse
werden bei vorliegendem Wärmegerät z. B. durch das
Vorschalten eines Wechselrichters 43, 53 zumindest
weitgehend vermieden.Especially with special devices for outdoor use, such. As battery heating pad, unfavorable operating conditions can occur in particular by polarization or other adverse dielectric influences. The negative characteristics can be especially with DC supply gen and / or asymmetrically loaded energy sources z. B. at the NTC or PTC sensor system affect the function. Such negative influences are present in the present heater z. B. by the upstream of an inverter 43 . 53 at least largely avoided.
Als
vorteilhafte, gegebenenfalls durch optionale Maßnahmen
erreichte Eigenschaften der Erfindung sind des Weiteren zu nennen:
- a) Betrieb an einer DC-Schutzkleinspannung ohne
zusätzliche Hilfsspannung(en),
- b) vereinfachte Schaltungsredundanz durch eine nur einmal vorhandene
Oszillatorschaltung für ein dynamisches, frequenzbehaftetes
Sensorsignal,
- c) Schaltungsredundanz bei einmaligem Sensorbruch durch Doppelkontaktierung
mittels 4-poligem oder 3-poligem Festanschluss oder einer entsprechend
viel-poligen Steckkupplung,
- d) Erkennung eines Sensorausfalls, z. B. einer Unterbrechung
einer Sensorleitung,
- e) Erkennung eines Kurzschlusses in der Anschlussleitung des
Heizkörpers bzw. Heizelementes 10,
- f) Schutz vor Funkenbildung und Brandgefahr bei Heizleiterbruch
und hohen Strömen,
- g) Schutz bei Bruch stromführender Geräteleitungen,
- h) einfache punktuelle Lokalisierung von Stellen erhöhter
Temperatur (Hot-Spot-Temperaturerkennung) z. B. mit Anzeige des
kritischen Bereichs,
- i) Lokalisierung einer Sensor-Alterung bzw. eines Sensor-Alterungsbereichs
mit einer Anzeige mangelnder Betriebssicherheit,
- j) Kalibrierung des Temperatursensors (z. B. Dämpfung
der Oszillatorfrequenz) durch einmalige oder stetige Anpassung,
- k) erhöhte Schaltungsintegration bei Nutzung handelsüblicher
Oszillatorbausteine mit analogem oder digitalem Aufbau zum Bilden
eines bedämpfbaren Oszillators,
- l) Erkennung eines Ausfalls der Erfassungsschaltung 20 bzw.
des Oszillators,
- m) Hinzufügung weiterer Sensoren im Sicherheitssystem,
insbesondere der Erfassungsschaltung 20 bzw. dem Oszillator,
- n) Nutzung des NTC-Sensorsignals alternativ als Temperatursignal
für eine Temperaturregelung (z. B. auf Basis einer Oszillatorfrequenz)
und optional ergänzend eines Hot-Spot-Sensorsignals.
As advantageous, optionally achieved by optional measures properties of the invention are further to call: - a) Operation at a DC safety extra-low voltage without additional auxiliary voltage (s),
- b) simplified circuit redundancy by a single oscillator circuit for a dynamic, frequency-sensitive sensor signal,
- c) circuit redundancy with a single sensor break by double contacting by means of a 4-pole or 3-pole permanent connection or a corresponding multi-pole plug-in coupling,
- d) detection of a sensor failure, z. B. an interruption of a sensor line,
- e) detection of a short circuit in the connecting line of the radiator or heating element 10 .
- f) protection against sparking and fire hazard in case of heat conductor breakage and high currents,
- g) protection against breakage of live equipment lines,
- h) simple point localization of high temperature points (hot spot temperature detection) z. With critical area indication,
- i) localization of a sensor aging or a sensor aging area with an indication of lack of operational reliability,
- j) calibration of the temperature sensor (eg damping of the oscillator frequency) by one-time or continuous adjustment,
- k) increased circuit integration when using commercially available oscillator components with analog or digital structure for forming a dampable oscillator,
- l) detection of a failure of the detection circuit 20 or the oscillator,
- m) Addition of additional sensors in the security system, in particular the detection circuit 20 or the oscillator,
- n) Use of the NTC sensor signal alternatively as a temperature signal for a temperature control (eg based on an oscillator frequency) and optionally in addition to a hot spot sensor signal.
Ferner
sind Funktionen wie Abschaltung durch Zeitgeber, Programmsteuerungen
für die Heizung (z. B. schnelles Anheizen durch Boost-Betrieb und
dgl.), analoge bzw. digitale Bedien- und Anzeigeeinheit und/oder
Massagefunktionen denkbar. Auch diese Funktionen und zusätzlichen
Maßnahmen können mit der Steuereinrichtung 30 verknüpft werden,
die auch als Sicherheits- oder Regeleinrichtung sowie Auswerteeinrichtung
für weitere Signale ausgebildet sein kann.Furthermore, functions such as shutdown by timer, program controls for the heating (eg rapid heating by boost operation and the like), analog or digital control and display unit and / or massage functions are conceivable. These functions and additional measures can also be used with the control device 30 can be linked, which can also be designed as a safety or control device and evaluation for further signals.
Die
Erfassungsschaltung 20 kann als steuerbarer Oszillator,
Multivibrator, Integrator, Resonator, Phasenschieberanordnung mit
mehreren Phasenschiebern im Ringmode oder dgl. ausgeführt
sein.The detection circuit 20 can be designed as a controllable oscillator, multivibrator, integrator, resonator, phase shifter arrangement with a plurality of phase shifters in ring mode or the like.
Im
Normalfall erzeugt die z. B. in den 3 oder 4 gezeigte
Erfassungsschaltung 20 in Form eines bedämpfbaren
Oszillators ein dynamisches Ausgangssignal, das z. B. kapazitiv
entkoppelt und einer Spitzenwertgleichrichtung (in der Auswerteschaltung)
unterzogen wird, um ein gültiges Heizsignal festzustellen.
Im Temperaturregel-/Steuerfall oder bei Auftreten einer Hot-Spot-Temperatur
wird in Folge der Widerstands- und/oder Kapazitätsänderung
in Abhängigkeit von dem NTC- bzw. PTC-Verhalten der Oszillator
durch das statische Signal entsprechend stark beeinflusst, so dass
sich z. B. die Frequenz oder die Ein-Auszeiten des Signals in ihrer
Periodendauer und/oder in ihrem Verhältnis ändern,
bis in einem Kurzschlussfall (bei schmelzender Zwischenisolation)
nur noch ein statisches Ausgangssignal am Ausgang des Oszillators
vorliegt. Dies führt über die Auswerteeinrichtung
zu einer (z. B. redundanten) Unterbrechung des Heizstromes. In 1 sind
redundante Schaltungsblöcke mit Strichpunkt-Linien dargestellt.
Beispielsweise arbeitet die Temperatursteuerung bzw. Temperaturregelung
und/oder das Sicherheitssystem mit einem reversiblen Überhitzungsschutz.
Bei einem System mit schmelzender Zwischenisolation ist der Heizkörper
im Kurzschlussfall zwischen Heiz- und Sensorleiter irreversibel
zerstört. In diesem Fall gibt es in der Regel am Oszillator
nur die zwei Zustände Oszillatorfrequenz vorhanden oder
nicht vorhanden.Normally, the z. Tie 3 or 4 shown detection circuit 20 in the form of a dampable oscillator, a dynamic output signal z. B. capacitive decoupled and a peak value rectification (in the evaluation circuit) is subjected to determine a valid heating signal. In Temperaturregel- / control case or when a hot spot temperature occurs as a result of the resistance and / or capacitance change as a function of the NTC or PTC behavior of the oscillator is influenced by the static signal accordingly strong, so that z. B. change the frequency or the on-off times of the signal in their period and / or in their ratio until in a short circuit case (with melting intermediate isolation) is present only a static output signal at the output of the oscillator. This leads via the evaluation device to a (eg redundant) interruption of the heating current. In 1 Redundant circuit blocks are shown with dash-dot lines. For example, the temperature control or temperature control and / or the safety system works with a reversible overheating protection. In a system with melting intermediate insulation, the radiator is irreversibly destroyed in the event of a short circuit between the heating and sensor conductors. In this case, there are usually only two states on the oscillator oscillator frequency present or absent.
Diese
Art der Temperatursteuerschaltung bzw. Temperaturregelschaltung
und/oder Sicherheitsschaltung ist aufgrund der (nahezu) leistungslosen
schnellen Abschaltung des Heizelementes 10 sehr vorteilhaft,
da die Energiequelle, wie z. B. die Akku-Einheit 51, zu
praktisch 100% für den Heizbetrieb nutzbar ist. Da in Folge
Unipolarisation der DC-Betriebsspannung oder bei extremen Umgebungsbedingungen
Korrosionserscheinungen auftreten können, die zur Beeinträchtigung
der Kontaktübergänge in den Leitern des Heizelementes
und der Sensorsignale führen können, sind Maßnahmen
vorgesehen, die derartige negative Einflüsse unterbinden.
Dazu wird der Sensorleiter 12 spannungsmäßig in
Folge der Ankopplung an den Oszillator stetig gegenüber
der (fast) festen DC-Spannung des Heizleiters 11 umgeschaltet
oder es wird optional am Versorgungseingang, beispielsweise auch
nur im hochstromigen Lastbereich, eine Wechselrichterschaltung (insbesondere
getaktete Halb-/Vollbrückenschaltung oder dgl.) angeordnet.
Die Wechselrichterfrequenz wird dabei so gewählt, dass
sie mindestens um den Faktor 2 niedriger oder höher ist
als die des bedämpfbaren Oszillators. Dadurch ist es möglich,
in der Auswerteeinrichtung durch eine einfache oder komplexe Frequenzfilterung
(z. B. mit Band-/Hoch-/Tiefpass digitale Filterung, wie z. B. FIR-,
IIR-Filter oder dgl. oder Kombinationen daraus) das Sensorsignal
bzw. Sicherheitssignal zu extrahieren. Hierfür können
passive oder aktive Filter verwendet werden.This type of temperature control circuit or temperature control circuit and / or safety circuit is due to the (almost) powerless rapid shutdown of the heating element 10 very advantageous because the energy source, such. B. the battery unit 51 , almost 100% usable for heating operation. As a result of unipolarization of the DC operating voltage or under extreme environmental conditions, corrosion phenomena may occur which can lead to impairment of the contact transitions in the conductors of the heating element and the sensor signals, measures are provided which prevent such negative influences. For this purpose, the sensor conductor 12 in terms of voltage due to the coupling to the oscillator steadily against the (almost) fixed DC voltage of the heating conductor 11 switched or it is optional at the supply input, for example, only in the high-current load range, an inverter circuit (in particular clocked half / full bridge circuit or the like.) Arranged. The inverter frequency is chosen so that it is at least a factor of 2 lower or higher than that of the damped ble oscillator. This makes it possible in the evaluation device by a simple or complex frequency filtering (eg, with band / high / low pass digital filtering, such as FIR, IIR filters or the like., Or combinations thereof), the sensor signal or safety signal to extract. For this purpose, passive or active filters can be used.
Beispielsweise
beinhaltet das Wärmegerät gemäß dem
in 7 gezeigten Stromlaufplan einer Autoheizdecke
bereits bei einer DC-Versorgungsspannung einen vereinfachten Korrosionsschutz
für den Heizleiter 11 und/oder Sensorleiter 12.
In Folge des Hystere-Schaltpegels des bedämpfbaren Oszillators
wird das Spannungssignal am Sensorleiter 12 stetig gegenüber
der Spannung am Heizleiter verändert, es sei denn, es liegt
eine zu starke Bedämpfung des Oszillators bzw. ein Kurzschluss
zwischen dem Heizleiter 11 und Sensorleiter 12 vor.
Die Verhinderung der Korrosionsbildung an den Oberflächen
des Heiz- und Sensorleiters 11, 12 hat den Vorteil,
dass der NTC-Hot-Spot-Sensor seine Kennwerte über eine
lange Alterungszeit (Gerätelebensdauer) relativ konstant
beibehält. Wie bei Versuchen festgestellt wurde, wirkt
der NTC-Hot-Spot-Sensor bei Wechselspannungsbetrieb wie ein temperaturabhängiger exponentieller
dielektrischer Widerstand mit hohem kapazitivem Anteil und bei Gleichspannungsbetrieb eher
wie ein nichtlinearer ohmscher Widerstand. Dabei sind die Sensorsignale
im Wechselspannungsbetrieb ausgeprägter und langzeitstabiler.
Zu beachten ist allerdings, dass bei Wechselspannungs- bzw. Wechselstrombetrieb
eine Frequenz größer ca. 1 Hz gewählt
wird, da ansonsten Korrosion kaum verhindert werden kann.For example, the heating device according to the in 7 shown circuit diagram of a Autoheizdecke already at a DC supply voltage a simplified corrosion protection for the heating element 11 and / or sensor conductor 12 , As a result of the hysteresis switching level of the attenuatable oscillator, the voltage signal at the sensor conductor 12 changed constantly compared to the voltage at the heating element, unless there is too much damping of the oscillator or a short circuit between the heating element 11 and sensor conductor 12 in front. The prevention of corrosion on the surfaces of the heating and sensor conductor 11 . 12 has the advantage that the NTC hot spot sensor keeps its characteristics relatively constant over a long aging time (device life). As noted in experiments, the NTC hot spot sensor operates as a high capacitance, temperature dependent, exponential dielectric resistor in AC mode, and acts as a nonlinear ohmic resistor in DC mode. The sensor signals in AC operation are more pronounced and long-term stable. It should be noted, however, that in AC or AC operation, a frequency greater than about 1 Hz is selected, otherwise corrosion can hardly be prevented.
Als
Ausführungsbeispiel für ein Heizelement 10 sei
ein Heizelement mit koaxial zueinander angeordnetem Heizleiter 11 und
Sensorleiter 12 genannt, zwischen denen die Zwischenisolation 13 angeordnet
ist, wobei auf dem äußeren der beiden Leiter eine Außenisolation
aufgebracht ist. Bei einer derartigen koaxialen Ausführung
können unterschiedliche Verlegearten zur Anwendung kommen,
wie die bereits genannte mäanderförmige Verlegung
und/oder eine Verlegung mit paralleler Zu- und Rückführung.
Eine derartige Verlegung hat z. B. den Vorteil, dass sich bei unsachgemäßem
Gebrauch und dabei entstehender Faltenbildung mit übereinander
gelagerten Abschnitten von Heiz- und Sensorleiter Sensorsignale
bzw. Kurzschlusssignale ergeben, die sich leistungsreduzierend auf
die Heizfläche und den Benutzer auswirken, wodurch die
Gefahr einer zu starken Erwärmung herabgesetzt wird. Verschiedene
Ausbildungen bestehen dabei darin, dass der Heizleiter 11 und/oder
der Sensorleiter 12 wiederum aus einem oder aber aus mehreren
Leitern zusammengesetzt sind. Bei einer weiteren Ausgestaltung können
auch mehrere Zwischenisolationen oder weitere Sensorleiter vorgesehen
sein. Auch ist es denkbar, verschiedene Aufbauten in einem Heizkörper
zusammenzuschalten und zu betreiben. Der oder die Heizleiter 11 und/oder
Sensorleiter 12 weisen optional einen NTC- oder PTC-Widerstandsverlauf
auf. Damit können integrierende Flächentemperatursensoren
gebildet werden, die in der Regel lineare Signale abgeben. Solche
Leiterwiderstandswerte lassen sich relativ einfach und mit hoher
Genauigkeit herstellen. Diese können z. B. für
eine Temperaturregelfunktion bzw. Temperatursteuerfunktion für
eine Stromsensorik gegebenenfalls mit Shunt genutzt werden.As an exemplary embodiment of a heating element 10 Let a heating element with coaxially arranged heating conductor 11 and sensor conductor 12 between which the intermediate insulation 13 is arranged, wherein on the outer of the two conductors an outer insulation is applied. In such a coaxial design different types of laying can be used, such as the already mentioned meandering laying and / or laying with parallel feed and return. Such a transfer has z. B. the advantage that result in improper use and resulting wrinkling with superimposed sections of heating and sensor sensor sensor signals or short-circuit signals, which have a performance-reducing effect on the heating surface and the user, whereby the risk of excessive heating is reduced. Different training consist in the fact that the heating conductor 11 and / or the sensor conductor 12 are in turn composed of one or more conductors. In a further embodiment, it is also possible to provide a plurality of intermediate insulations or further sensor conductors. It is also conceivable to interconnect various structures in a radiator and operate. The heating conductor (s) 11 and / or sensor conductor 12 Optionally have an NTC or PTC resistance characteristic. As a result, integrating surface temperature sensors can be formed, which as a rule emit linear signals. Such conductor resistance values can be produced relatively easily and with high accuracy. These can be z. B. be used for a temperature control function or temperature control function for a current sensor optionally with shunt.
Als
schmelzende Zwischenisolation kommt ein schmelzender Bereich von
ca. 100°C bis 200°C in Betracht, wobei im einfachsten
Fall keine NTC-/ bzw. PTC-Hot-Spot-Sensorik vorgesehen ist. Ein
derartiges irreversibles Sicherheitssystem basiert darauf, dass
in Folge von Hot-Spot-Temperaturen die Zwischenisolation schmilzt
und eine elektrische Verbindung zwischen Sensorleiter und Heizleiter
entsteht, welche zur Bedämpfung des nachgeschalteten Oszillators
führt und über die anschließende Auswerteschaltung
eine Sicherheitsabschaltung bewirkt. Der Schmelztemperaturbereich
wird vorwiegend durch das eingesetzte Isolationsmaterial bestimmt,
wie beispielsweise Polyethylen, (niederschmelzendes) PVC, Polyamid
usw.When
melting intermediate insulation comes a melting range of
about 100 ° C to 200 ° C into consideration, being the simplest
If no NTC / PTC hot spot sensor technology is provided. One
such irreversible security system is based on that
as a result of hot-spot temperatures, the intermediate insulation melts
and an electrical connection between the sensor conductor and the heating conductor
arises, which for damping the downstream oscillator
leads and via the subsequent evaluation circuit
causes a safety shutdown. The melting temperature range
is mainly determined by the insulation material used,
such as polyethylene, (low melting point) PVC, polyamide
etc.
Eine
NTC- bzw. PTC-Hot-Spot-Sensorik ergibt, wie erwähnt, ein
reversibles Sicherheitssystem, das auf einer Zwischenisolation mit
NTC-/ bzw. PTC-Widerstandsverlauf beruht. Unter Temperatureinfluss ändert
sich der Widerstandswert in der Regel exponentiell, so dass bei
lokalen Hot-Spot-Temperaturen ein messbares Signal am Oszillatorausgang
für die Auswerteeinrichtung bereit steht. Die NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation
unterliegt jedoch größeren Toleranzen und Alterungserscheinungen,
so dass sich dessen Sensorsignale für eine dauerhafte und zuverlässige
Temperaturregelung bzw. Temperatursteuerung nur eingeschränkt
eignen.A
NTC or PTC hot spot sensor technology results, as mentioned, a
Reversible safety system that works on an intermediate insulation
NTC or PTC resistance course is based. Changes under temperature influence
the resistance value is usually exponential, so at
local hot-spot temperatures a measurable signal at the oscillator output
is ready for the evaluation. The NTC / PTC intermediate insulation
is however subject to larger tolerances and aging phenomena,
so that its sensor signals for a lasting and reliable
Temperature control or temperature control only limited
suitable.
In
der Praxis ist es daher von Vorteil, verschiedene Kombinationen
für die Temperaturregel-/Steuereinheit mit Hot-Spot-Temperaturerkennung
zu wählen, wobei mindestens ein Leiterwiderstand mit annähernd
linearem NTC- bzw. PTC-Leiterwiderstand und in der Regel ein exponentieller
NTC-/ bzw. PTC-Hot-Spot-Zwischenisolationswiderstand vorhanden sind.
Bei einer Autoheizdecke mit 12 V-Energieversorgung besteht eine
vorteilhafte Ausführung darin, dass diese eine NTC-Hot-Spot-Zwischenisolationssensorik
mit niedriger Schmelztemperatur (low melt) für ein redundantes
Sicherheitssystem aufweist. Wird ein sehr hoher Sicherheitsstandard
gefordert oder ist es wahrscheinlich, dass ein Wärmegerät
unter extremsten Bedingungen sehr kleine Flächen mit Hot-Spot-Temperaturen
aufweisen kann, so wird zusätz lich zu der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolationssensorik
auch die Schmelztemperatur der Zwischenisolation herabgesetzt, so dass
bei Unterschreiten einer festgelegten Hot-Spot-Fläche ein
Kurzschluss entstehen kann, der zur irreversiblen Sicherheitsabschaltung
des Gerätes führt. Bei größeren
Flächen mit Hot-Spot-Temperatur greift jedoch in der Regel
zuerst die NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolationssensorik ein, die dann über
den Oszillator und die Auswerteeinrichtung zu einer Temperaturbegrenzung
bzw. Temperaturregelung und/oder Abschaltung des Heizkörpers
bzw. Wärmegeräts führt. Im Heizelement 10 wird
dadurch ein Kurzschluss vermieden und das Wärmegerät kann
nach Beseitigung des Hot-Spots wieder betrieben werden.In practice, it is therefore advantageous to choose different combinations for the temperature control / control unit with hot spot temperature detection, wherein at least one conductor resistance with approximately linear NTC or PTC conductor resistance and usually an exponential NTC / or PTC hot spot intermediate insulation resistance. In a 12 V power car blanket, an advantageous embodiment is that it has a low melting temperature NTC hot spot inter-isolation sensor for a redundant safety system. If a very high safety standard is required or if it is probable that a heating device can have very small areas with hotspot temperatures under the most extreme conditions, the enamel will also be added to the NTC / PTC inter-isolation sensor system Reduced temperature of the intermediate insulation, so that when falling below a specified hot-spot area can cause a short circuit, which leads to the irreversible safety shutdown of the device. For larger areas with hot-spot temperature, however, the NTC / PTC inter-isolation sensor system usually first intervenes, which then leads via the oscillator and the evaluation device to a temperature limitation or temperature regulation and / or shutdown of the radiator or heat device , In the heating element 10 This prevents a short circuit and the heater can be operated again after removal of the hot spot.
Die
Außenisolation des Heizelementes 10 ist je nach
Geräteanforderung und Spannungsfestigkeit ausgeführt.
Im einfachsten Fall wird gänzlich auf die Isolation verzichtet.
Ansonsten wird vorwiegend ein Material verwendet, das höher
schmelzend ist als die Zwischenisolation 13, um im Fehlerfall
(z. B. Hot-Spot) die elektrische Spannungsfestigkeit und Außenisolation
zu gewährleisten. Die Schmelztemperatur der Außenisolation
wird üblicherweise mindestens 30°C höher
als die der Zwischenisolation gewählt.The external insulation of the heating element 10 is designed according to device requirement and dielectric strength. In the simplest case, the insulation is completely omitted. Otherwise, predominantly a material is used which is higher melting than the intermediate insulation 13 In order to ensure the electrical voltage resistance and external insulation in the event of a fault (eg hot spot). The melting temperature of the external insulation is usually chosen to be at least 30 ° C higher than that of the intermediate insulation.
In
den 3 und 4 sind verschiedene Beispiele
für den Anschluss des oder der Temperatursensoren TS in
der Oszillatorschaltung an typischen Anschlusspunkten gezeigt. Dabei
ergeben sich je nach Anschlussstelle unterschiedliche Sicherheitsfunktionen,
beispielsweise für den Fall, dass der Oszillator selbst
fehlerhaft sein sollte.In the 3 and 4 Various examples of the connection of the temperature sensor (s) TS in the oscillator circuit at typical connection points are shown. Depending on the connection point, different safety functions result, for example in the event that the oscillator itself should be faulty.
Gemäß 4 kann
auch die Empfindlichkeit der Bedämpfung (Diodenzweige D1/D2)
polarisiert unterschiedlich dimensioniert werden, wodurch ein Teilbereich
der Flächenheizung auf geringere Hot-Spot-Temperaturen
hin überwacht werden kann oder die Spannungsaussteuerbereiche
des Oszillators kompensiert werden können.According to 4 The sensitivity of the attenuation (diode branches D1 / D2) polarized can also be dimensioned differently, as a result of which a subarea of the surface heating can be monitored for lower hot-spot temperatures or the voltage output ranges of the oscillator can be compensated.
Bei
einer symmetrischen Oszillatorspannung an der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation 13 kann durch
entsprechende Auswertung (beispielsweise Speicherzeitwerte) der
lokale Fehlerort bei Hot-Spots in Folge des Puls-Pausen-Verhältnisses
lokalisiert werden. Im Normalfall beträgt die Pulseinzeit
und Pulsauszeit je 50% einer Periode. Ändert sich jedoch das
Widerstandsverhältnis in einem Flächenabschnitt
des Heizelementes, verschiebt sich das Puls-Ein-/-Ausverhältnis
auf beispielsweise 30/70%, wodurch Rückschlüsse
auf den Teilbereich gezogen werden können. Eine durch die
Bedämpfung hervorgerufene Beeinflussung der Gesamtperiodendauer ist
dabei zu berücksichtigen. Mittels einer der Auswerteeinrichtung
nachgeschalteten bzw. an die Steuereinrichtung 30 angeschlossenen
Anzeigeeinheit 35 kann der Hot-Spot-Bereich angezeigt bzw.
signalisiert werden.With a symmetrical oscillator voltage at the NTC / PTC intermediate insulation 13 By appropriate evaluation (for example, storage time values), the local fault location can be localized at hot spots as a result of the pulse-pause ratio. Normally, the pulse on time and pulse off time are each 50% of a period. However, if the resistance ratio in a surface portion of the heating element changes, the pulse on / off ratio shifts to, for example, 30/70%, whereby conclusions can be drawn on the portion. An influencing of the total period duration caused by the damping must be taken into account. By means of one of the evaluation device downstream or to the control device 30 connected display unit 35 the hot spot area can be displayed or signaled.
Die
Ausgangssignale der Erfassungsschaltung 20 bzw. des Oszillators
können auch für einen Rückschluss auf
die Alterung bzw. Fehler herangezogen werden, die durch die NTC-/
bzw. PTC-Zwischenisolation 13 hervorgerufen werden. Damit
ist es auch möglich, für die Alterung bzw. Fehler
eine Wartungs-/Diagnose-/ bzw. Fehleranzeige für einen
Benutzer oder Wartungspersonal zu erzeugen. Im einfachsten Fall
kann eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt
werden, indem eine Startoszillatorfrequenz in einem unbeheizten
Zustand mit einer oder zwei Referenzwerten verglichen wird und eine
Gut-Schlechtanzeige erfolgt. Besteht eine Temperaturdifferenz, die
z. B. durch Messung des Widerstandes des ersten oder zweiten Leiters
verursacht wird, kann von Zeit zu Zeit die alterungsbeeinflusste
Grundoszillatorfrequenz gemessen werden und bei Grenzwertüberschreitung
bzw. -unterschreitung kann eine Fehleranzeige erzeugt werden. Gleichzeitig
kann die Aktivierung der Sicherheitsabschaltung stattfinden. Wird
von Beginn an keine Oszillatorfrequenz festgestellt, handelt es
sich in der Regel um eine Unterbrechung in dem Sensorleiter 12,
einen Kurzschluss des Heizleiters 11, des Anschlusskabels
oder einen Elektronikausfall. Um Rückschlüsse
auf eine intakte Oszillatorschaltung und Anschluss einer Stecker-/Kupplungseinheit
zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Kapazität des Heizelementes 10 und
einen Oszilla torkondensator aufeinander abzustimmen, so dass eindeutige
Frequenzsignale für die Fehler- und Betriebsarten abgeleitet
werden können. Als weiterer Schutzmechanismus kann vorgesehen
sein, dass nach einer bestimmten Betriebszeit (von z. B. 1000 Betriebsstunden)
aufgrund einer Sensoralterung, allgemeiner Materialalterung oder üblichen
Verschleißes ein weiterer Betrieb des Gerätes
unterbunden wird. Auch kann der Benutzer über die Anzeige
angewiesen werden, das Wärmegerät auf mögliche
Schäden, Verschleiß oder unsachgemäßen
Gebrauch zu untersuchen, wobei auch bestimmte Fehlerarten anzeigbar
sein können.The output signals of the detection circuit 20 or of the oscillator can also be used for a conclusion on the aging or errors caused by the NTC or PTC intermediate insulation 13 be caused. Thus, it is also possible to generate a maintenance / diagnostic / or fault indication for a user or maintenance personnel for aging or errors. In the simplest case, a plausibility check may be performed by comparing a starting oscillator frequency in an unheated state with one or two reference values and performing a good-bad indication. There is a temperature difference z. B. caused by measuring the resistance of the first or second conductor, the aging-influenced basic oscillator frequency can be measured from time to time and at limit exceeding or undershooting an error indication can be generated. At the same time the activation of the safety shutdown can take place. If no oscillator frequency is detected from the beginning, it is usually an interruption in the sensor conductor 12 , a short circuit of the heating conductor 11 , connection cable or an electronic failure. In order to obtain conclusions about an intact oscillator circuit and the connection of a plug / coupling unit, it is advantageous to increase the capacity of the heating element 10 and tune a Oscilla torkondensator to each other so that unique frequency signals for the error and operating modes can be derived. As a further protection mechanism, it can be provided that after a certain operating time (of, for example, 1000 operating hours) further operation of the device is prevented due to sensor aging, general material aging or usual wear. Also, the user can be instructed by the display to examine the heater for possible damage, wear or improper use, and certain types of errors may be displayed.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass durch Anschluss
des oder der Sensorleiter 12 und der NTC-/ bzw. PTC-Zwischenisolation
an einen Oszillator Frequenzsignale geliefert werden, die in einem
bestimmten Frequenzfenster liegen und die üblichen Gebrauchstemperaturen Wiederspiegeln.
Die annähernd lineare temperaturabhängige Leiterwiderstandsänderung
eignet sich dabei für eine flächige (Grenz-)Temperaturregelung und
wird durch die Hot-Spot-Temperatursignale oder einen Kurzschluss überlagert,
so dass stets ein sicherer Betriebszustand gewahrt wird bzw. eingehalten
werden kann. Der Schaltungsaufwand lässt sich dadurch weiter
optimieren.A further advantageous embodiment is that by connecting the sensor or the sensor 12 and the NTC / PTC intermediate insulation is supplied to an oscillator frequency signals that are within a certain frequency window and reflect the usual service temperatures. The approximately linear temperature-dependent conductor resistance change is suitable for a surface (limit) temperature control and is superimposed by the hot-spot temperature signals or a short circuit, so that always a safe operating state is respected or can be maintained. The circuit complexity can be further optimized.
Wird
der Heizkörper mit Wechselspannung betrieben, so wird die
Oszillatorfrequenz der Sicherheitseinrichtung vorteilhaft so gewählt,
dass durch eine einfache Frequenzfilterung in der Auswerteeinrichtung
das oder die Temperatursignale möglichst einfach zu trennen
sind. Hierfür ist ein Frequenzunterschied von mindestens
1:2 Perioden von Vorteil. Alternativ kann vorgesehen sein, dass
der bedämpfbare Oszillator durch eine Versorgungswechselspannung
synchronisiert wird und vom Synchronisierungszeitpunkt an eine Verschiebung
der Ausgangssignale durch eine Differenzmessung festgestellt wird.
Damit lassen sich ebenfalls Temperatureinflüsse erfassen
bzw. lässt sich die Auswertegenauigkeit des bzw. der Messsignale
erhöhen.Will the radiator with AC voltage operated, the oscillator frequency of the safety device is advantageously chosen so that by a simple frequency filtering in the evaluation or the temperature signals are as easy as possible to separate. For this purpose, a frequency difference of at least 1: 2 periods of advantage. Alternatively it can be provided that the attenuatable oscillator is synchronized by an AC supply voltage and is detected by the synchronization timing to a displacement of the output signals by a differential measurement. Temperature effects can thus also be detected or the evaluation accuracy of the measurement signal (s) can be increased.
Eine
andere Ausgestaltung der Erfassungsschaltung 20 und weiteren
Schaltungskomponenten besteht darin, dass der Oszillator nicht frequenzabhängig,
sondern amplitudenabhängig oder frequenz- und amplitudenabhängig
arbeitet, um z. B. im Hot-Spot-Temperaturbereich eine höhere
oder niedrigere Signalauflösung zu erreichen und/oder gleichzeitig
den Einfluss einer Oszillatorbedämpfung je nach Anwendungsfall
zu variieren.Another embodiment of the detection circuit 20 and other circuit components is that the oscillator is not frequency-dependent, but amplitude-dependent or frequency and amplitude-dependent works, for. B. in the hot-spot temperature range to achieve a higher or lower signal resolution and / or simultaneously to vary the influence of an oscillator damping depending on the application.
Bei
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein regel-/ bzw.
steuerbarer Oszillator (VCO) eingesetzt wird, wodurch beispielsweise
in Temperatur-/Frequenzabhängigkeit ein höheres NTC-Hot-Spot-Sensorsignal
erhalten wird.at
A further embodiment provides that a rule / or
controllable oscillator (VCO) is used, whereby, for example
in temperature / frequency dependence, a higher NTC hot spot sensor signal
is obtained.
Zur
Verbesserung des EMV-Verhaltens des Oszillators kann die Eingangsbedämpfung
der NTC-/ bzw. PTC-Sensorik niederohmiger ausgelegt werden. Dazu
ist es möglich, einen Widerstand und/oder Kondensator ohne
nennenswerten Temperaturgang zwischen die beiden Leiter zu schalten,
der dann als Parallelwiderstand und/oder Parallelkondensator zu dem
NTC-Sensorwiderstand bzw. der Sensorkapazität wirkt.to
Improving the EMC behavior of the oscillator can reduce the input attenuation
the NTC / PTC sensors are designed low-impedance. To
is it possible to use a resistor and / or capacitor without
significant temperature response between the two conductors,
then as a parallel resistor and / or parallel capacitor to the
NTC sensor resistance or the sensor capacitance acts.
Bei
den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen
ist insbesondere auch die resistive bzw. kapazitive Koppelung des
Heizelementes 10 mit dem bedämpfbaren Oszillator
dargestellt. Eine Besonderheit bilden die beiden Lastschalter S1 und
S2, die das NTC-Heizelement 10 einpolig oder allpolig von
der Spannungsversorgung 50 trennen, um danach die Bedämpfung
des Oszillators oder einen Kurzschluss am Oszillatorausgang zu detektieren.
Durch Zuführen des von der Oszillatorschaltung bereit gestellten
Signals an die Auswerte-/Regel-/Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung 30 wird entschieden,
ob ein weiterer Heizvorgang, Messvorgang oder eine (redundante)
Sicherheitsabschaltung (mittels der Schalter S1 und/oder S2) eingeleitet
wird. Die Spannungsversorgung 50 kann aus einer DC- oder
AC-Versorgungsspannung bestehen. Die Lastschalter S1 und S2 können
je nach Ver sorgungsspannung DC oder AC auch als Gleich-/Wechselrichter
oder dgl. fungieren und aus mechanischen, elektronischen, integrierten
oder ähnlichen Komponenten bestehen.In the in the 5 and 6 In particular, the resistive or capacitive coupling of the heating element is shown 10 represented with the attenuatable oscillator. A special feature is the two load switches S1 and S2, which are the NTC heating element 10 single-pole or all-pole from the power supply 50 then to detect the oscillator's attenuation or a short circuit at the oscillator output. By supplying the signal provided by the oscillator circuit to the evaluation / control unit or control unit 30 It is decided whether another heating process, measuring process or a (redundant) safety shutdown (by means of switches S1 and / or S2) is initiated. The power supply 50 can consist of a DC or AC supply voltage. Depending on the supply voltage DC or AC, the load switches S1 and S2 can also function as DC / inverter or the like and consist of mechanical, electronic, integrated or similar components.
An
die Steuereinrichtung 50 lassen sich weitere Sensoren,
(bedämpfbare) Oszillatoren oder zusätzliche Sicherheitseinrichtungen
oder Auswerteeinheiten anschließen. Bei Verwendung eines AC/DC
(DC/DC)-Adapters für die Stromversorgung aus anderen Versorgungseinheiten
kann bzw. können auch diese Einheit(en) eine Schaltungskomponente
beinhalten, die durch eine Verbindung oder Kommunikation mit der
Auswerte-, Regel-/Steuereinheit entsprechende Aufgaben übernehmen
kann. Beispielsweise kann bei einem Gerät aus Netzteil, Schnurschalter
und Heizkörper mit Sensorik bei Hot-Spot-Detektion oder
Heiz-/Sensorleiterkurzschluss von der Auswerteeinheit des Schalters über einen
Steuerleitungseingang des Netzteils (AC-/DC-Adpater) die Versorgungsspannung
des Netzteils und somit die des Wärmegerätes abgeschaltet
werden. Auch damit besteht eine Einsparmöglichkeit bei
der Anzahl der Lastschalter.To the controller 50 Additional sensors, (attenuatable) oscillators or additional safety devices or evaluation units can be connected. When using an AC / DC (DC / DC) adapter for the power supply from other supply units, this unit (s) may also include a circuit component that performs tasks corresponding to a connection or communication with the evaluation, control / control unit can take over. For example, in a device consisting of power supply, cord switch and radiator with sensor in hot spot detection or heating / sensor short circuit from the evaluation of the switch via a control line input of the power supply (AC / DC Adpater), the supply voltage of the power supply and thus the Warming device be switched off. Even so, there is a savings in the number of load switches.
Die
Auswerteeinrichtung bzw. Auswerteeinheiten z. B. bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 können vielfältig ausgeführt
sein. Vorteilhaft sind dabei Schaltungen in Analog- und Digitalausführung, insbesondere
auf Basis von Operationsverstärkern, Komparatoren, ICs,
ASICs, ein Satz von Mikrocontrollern, Polymerschaltkreise und dgl.
Mit einer derartigen Auswerteeinrichtung können die von
der Erfassungsschaltung 20 bzw. dem oder den bedämpfbaren
Oszillatoren bereit gestellten Signale empfangen und verarbeitet
werden, wobei die Auswertung bzw. Verarbeitung nach vorgegebenen
Funktionen oder einer vorgenommenen Programmierung erfolgen kann.
Dabei können Funktionen wie schnelles Anheizen, Abschaltung
durch Zeitgeber, einfache Bedien- und Anzeigefunktionen auch symbolisch
oder graphisch von Fehler-, Warn-, Wartungs- und/oder Programmfunktonen
beinhaltet sein. Durch einen unidrektionalen Rückzweig
auf die Oszillatorschaltung bzw. Sicherheitseinheit kann die Auswerteeinrichtung
auch auf weitere (redundante) Schaltungsteile Einfluss nehmen. Dabei
kann die Ausführung so sein, dass z. B. bei Sensorbrucherkennung
immer auch der zweite oder ein weiterer Lastschalter abgeschaltet
wird. Zur Energieversorgung des Wärmegeräts kann
eine Gleichspannungsversorgung oder Wechselspannungsversorgung z.
B. mit einem Anschluss an ein Versorgungsnetz, einem Stecker- oder
Schaltnetzteil, einem Wechselrichter, Akkus, Solareinheiten oder
anderen erneuerbaren Energien, auf der Basis von Wasserstofftechnik
oder dgl. verwendet werden. Zur Anpassung der Elektronik gegebenenfalls
mit Ladeteil und zur Versorgung ist vorteilhaft die Verwaltungseinrichtung 52 vorgesehen.
Die Stromsensorik mit mindestens einem Stromsensor 44 ist
vorteilhaft so ausgebildet, dass eine Temperaturänderung
des Heizleiters 11 und/oder des Sensorleiters 12 oder auch
weiterer Leiter erfasst werden kann und als Signal für
eine Temperaturregelung in Abhängigkeit einer Bedienereingabe
genutzt wird. Die Stromsensorik kann auch dazu dienen, Heizstromunterbrechungen
in Folge von Brüchen im Heizleiter 11, anderen Leitungen,
festen oder trennbaren Kontakten und Verbindungen oder dgl. zu erkennen
und eine zeitliche Unterbrechung (Begrenzerfunktion) oder Abschaltung
des oder der Lastschalter S1, S2 zu bewirken.The evaluation or evaluation z. B. in the embodiment according to 1 can be varied. In this case, circuits in analog and digital design, in particular based on operational amplifiers, comparators, ICs, ASICs, a set of microcontrollers, polymer circuits and the like, are advantageous. With such an evaluation device, the signals from the detection circuit 20 or the signals or signals provided to the attenuatable oscillators are received and processed, wherein the evaluation or processing can be carried out according to predetermined functions or programming. Functions such as fast heating, shutdown by timer, simple operating and display functions can also be symbolically or graphically included in error, warning, maintenance and / or program functions. By a unidirectional return branch on the oscillator circuit or safety unit, the evaluation device can also influence other (redundant) circuit parts influence. The design may be such that z. B. in sensor break detection always the second or another load switch is turned off. To power the heater, a DC power supply or AC power supply z. B. with a connection to a supply network, a plug or switching power supply, an inverter, batteries, solar units or other renewable energy, based on hydrogen technology or the like. Be used. For adaptation of the electronics optionally with charging part and to supply is advantageous management device 52 intended. The current sensor with at least one current sensor 44 is advantageously designed so that a temperature change of heat conductor 11 and / or the sensor conductor 12 or another conductor can be detected and is used as a signal for a temperature control in response to an operator input. The current sensor can also serve Heizstromunterbrechungen as a result of breaks in the heating element 11 to detect other lines, fixed or separable contacts and connections or the like. And to effect a time interruption (limiter function) or shutdown of the load switch or, S1, S2.
Ein
typischer Aufbau eines Heizelementes besteht aus einer Doppelkordel
mit oder ohne NTC-/ bzw. PTC-Sensorik. Dabei ist ein Kern- bzw.
Trägerfaden mit innerem Leiter (erstem Leiter) vorgesehen, beispielsweise
gemäß einem Lahnleiter-Aufbau.One
typical structure of a heating element consists of a double cord
with or without NTC or PTC sensors. Here is a core or
Carrier thread provided with inner conductor (first conductor), for example
according to a Lahnleiter structure.
Der
erste Leiter kann dabei als Heizleiter 11 oder als Sensorleiter 12 (für
die Zwischenisolation 13) herangezogen werden. Dabei kann
er optional als PTC-/ bzw. NTC-Leiter ausgeführt sein,
um das oder die Sensorsignal(e) bereit zu stellen. Der Vorteil des
Lahnleiters ist, dass der Widerstand pro Meter sehr niederohmig
ausgeführt werden kann bei sehr hoher Flexibilität
und dass gegenüber einer Spiralwicklungsausführung
die elektromagnetischen Felder reduziert sind. Die Zwischenisolation
kann schmelzend oder nichtschmelzend für irreversible Hot-Spot-Sensorik
aus Polyethylen, niedrigschmelzendem PVC, Polyamid usw. ausgeführt
sein und optional NTC-/ bzw. PTC-Verhalten für eine reversible Hot-Spot-Sensorik
aufweisen. Je nach Material der Zwischenisolierung kann ein schmelzender
oder nichtschmelzender Effekt eingestellt werden. Der äußere
bzw. zweite Leiter kann als Heizleiter 11 oder Sensorleiter 12 (für
die Zwischenisolation 13) verwendet werden. Er kann optional
als PTC-/ bzw. NTC-Leiter ausgeführt sein, um das oder
die Sensorsignal(e) bereit zu stellen. Optional kann auch der äußere
Leiter als Heizleiter 11 und der innere Leiter als Sensorleiter 12 ausgeführt
sein.The first conductor can serve as a heating conductor 11 or as a sensor conductor 12 (for the intermediate insulation 13 ) are used. In this case, it can optionally be designed as a PTC or NTC conductor in order to provide the sensor signal (s). The advantage of Lahnleiters is that the resistance per meter can be made very low impedance with very high flexibility and that compared to a spiral winding design, the electromagnetic fields are reduced. The intermediate insulation may be made melting or non-melting for irreversible hot-spot sensing of polyethylene, low melting PVC, polyamide, etc., and optionally having NTC / PTC behavior for reversible hot spot sensing. Depending on the material of the intermediate insulation, a melting or non-melting effect can be set. The outer or second conductor can serve as a heating conductor 11 or sensor conductor 12 (for the intermediate insulation 13 ) be used. It may optionally be implemented as a PTC / NTC conductor to provide the sensor signal (s). Optionally, the outer conductor as a heat conductor 11 and the inner conductor as a sensor conductor 12 be executed.
Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel des Wärmegerätes
beispielsweise einer 12 V-Autoheizdecke, ist in einen flexiblen
Träger mindestens ein flexibles Heizelement in Form einer NTC-Heizkordel
mit Heiz- und Sensorleiter integriert. Zum Abtrennen der elektronischen
Regel-/Steuereinheit mit integriertem Sicherheitssystem (Zwischenschalter)
ist eine Kupplungseinheit vorgesehen. Der Zwischenschalter weist
z. B. sechs Schaltstufen auf und beinhaltet z. B. eine automatische
Zeitgeber-Abschaltung nach beispielsweise 3 Stunden. Eine LED-Anzeige
zeigt stetig den Betriebszustand (z. B. durch Blinken) an. Mit der
Zeitgeberabschaltung kann schnell blinkend ein Fehlerzustand angezeigt werden,
wie beispielsweise nicht angesteckter Heizkörper, Heizleiterbruch
oder anderer Elektronikfehler. Die Heizdecke kann an einen Zigarettenanzünder
im Fahrzeug an 12 V-Gleichspannung oder mit einem separaten 100-/230
V AC-/DC-Netzadapter betrieben werden.At the in 7 shown embodiment of the heater, for example, a 12 V Autoheizdecke, at least one flexible heating element in the form of an NTC heating cord with heating and sensor conductor is integrated in a flexible support. To separate the electronic control unit with integrated safety system (intermediate switch), a coupling unit is provided. The intermediate switch has z. B. six switching stages and includes z. B. an automatic timer shutdown after for example 3 hours. An LED display continuously indicates the operating status (eg by flashing). With the timer shutdown, a fault condition can quickly be displayed flashing, such as unhoused radiator, heater break or other electronic fault. The electric blanket can be operated on a cigarette lighter in the vehicle to 12 V DC or with a separate 100- / 230 V AC / DC power adapter.
Die
Schaltungsblöcke bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 umfassen
verschiedene Schaltungsbereiche, nämlich einen Bereich
zur Kleinspannungsbildung und Stabilisierung (ZD1), ein Heizelement
mit Heizleiter und NTC-Sensorelement sowie einen bedämpfbaren
Oszillator, eine Auswerteeinrichtung bzw. Auswerteeinheit für
Normal-, Hot-Spot-Betrieb oder Kurzschluss, eine Einrichtung mit
Heizungs-/Sensorleiter mit Unterbrechung des Heizbetriebs mittels
Lastschalter (S1, S2), eine Eingriffsteuerung zur Lastabschaltung
S2 durch eine zweite redundante Auswerte-, Regel-, Steuer-, Bedien-
und Anzeigeeinheit mittels Mikrocontroller, wobei nach einer Lastabschaltung
zyklisch im Minutenbereich eine erneute Prüfung auf Abschaltung
durchgeführt werden kann, eine Heizleiterbrucherkennung oder
eine Erkennungsschaltung für nicht angesteckten Heizkörper
mit Abschaltung der redundanten Lastschalter S1, S2 mittels Mikrocontroller
und zyklischer Fehlerabfrage z. B. im Minutenbereich mit Wiedereinschaltung
der Lastschalter S1, S2, eine sechsstufige Leistungsstellung mit
Boostfunktion zum schnellen Anheizen sowie eine redundante Zeitgeberabschaltung
für die beiden Lastschalter S1, S2, eine Anzeigeeinheit
bestehend aus Mikrocontroller und Leuchtdiode und optional eine
Wartungs-, Diagnose- und/oder erweiterte Fehleranzeige.The circuit blocks in the embodiment according to 7 include various circuit areas, namely an area for low voltage generation and stabilization (ZD1), a heating element with heating conductor and NTC sensor element and a dampable oscillator, an evaluation unit or evaluation unit for normal, hot spot operation or short circuit, a device with heating / Sensor conductor with interruption of the heating operation by means of load switch (S1, S2), an intervention control for load shutdown S2 by a second redundant evaluation, control, control, and display unit by means of microcontroller, wherein after a load shutdown cyclically in the minute range, a renewed test for Shutdown can be performed, a Heizleiterbrucherkennung or a detection circuit for not infected radiator with shutdown of the redundant load switch S1, S2 by means of microcontroller and cyclic error query z. B. in the minute range with reclosing the load switch S1, S2, a six-level power position with boost function for fast heating and a redundant timer shutdown for the two load switches S1, S2, a display unit consisting of microcontroller and LED and optionally a maintenance, diagnostic and / or extended error display.
Zwischen
Heizkörper und der/den Regel- bzw. Steuereinheit(en) können
verschiedene Verbindungsarten mittels Kabel, Funk, Infrarotstrahlung, akustischer Übertragung
oder Kombination daraus eingesetzt werden. Bei Kabelverbindung erfolgt
der Festanschluss z. B. mittels Steckkupplung im Kabel (zwei oder
mehrpolig), Steckkupplung auf dem Heizkörper oder Steckkupplung
an der Regel- bzw. Steuereinheit. Bei drahtloser Verbindung kann
die Datenübertragung normiert oder unnormiert erfolgen.
Auch eine Übertragung mittels Bus ist möglich.Between
Radiator and the / the control unit (s) can
various types of connection by means of cable, radio, infrared radiation, acoustic transmission
or combination thereof. When connected by cable
the fixed connection z. B. by means of plug-in coupling in the cable (two or
multipolar), plug-in coupling on the radiator or plug-in coupling
at the control unit. For wireless connection can
the data transmission is normalized or unnormalized.
Also a transfer by bus is possible.
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- DE 10200974 C2 [0003] DE 10200974 C2 [0003]
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- EP 1491071 B1 [0004] - EP 1491071 B1 [0004]
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- EP 1604548 B1 [0005] EP 1604548 B1 [0005]
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- EP 0562850 A2 [0006] - EP 0562850 A2 [0006]
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- EP 0910227 A [0007] - EP 0910227 A [0007]