DE102012213385A1 - Heating and electrical appliance with heating device - Google Patents
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Abstract
Eine Heizeinrichtung zur Beheizung einer Flüssigkeit im Durchfluss weist einen Träger auf mit Heizleitern darauf und mindestens zwei SMD-Temperatursensoren. Ein erster Temperatursensor ist nahe am Heizleiter angeordnet mit einem Abstand von weniger als der zweifachen Heizleiterbreite. Ein zweiter Temperatursensor weist einen größeren Abstand zum Heizleiter auf als der erste Temperatursensor, vorzugsweise mehr als der zweifache Abstand des ersten Temperatursensors vom Heizleiter.A heating device for heating a liquid in the flow has a carrier with heating conductors thereon and at least two SMD temperature sensors. A first temperature sensor is arranged close to the heating conductor with a distance of less than twice the heating conductor width. A second temperature sensor is at a greater distance from the heating conductor than the first temperature sensor, preferably more than twice the distance of the first temperature sensor from the heating conductor.
Description
Anwendungsgebiet und Stand der Technik Field of application and state of the art
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zur Beheizung eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit, sowie ein Elektrogerät mit einem Durchflusskanal für ein Medium bzw. eine Flüssigkeit. The invention relates to a heating device for heating a medium, in particular a liquid, as well as an electrical appliance with a flow channel for a medium or a liquid.
Aus der
Aufgabe und Lösung Task and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung sowie ein damit versehenes Elektrogerät zu schaffen, mit denen Probleme des Stands der Technik vermieden werden können und insbesondere ein einfacher und zuverlässiger Aufbau einer Heizeinrichtung für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb erreicht werden kann. The invention has for its object to provide an aforementioned heating device and an electrical appliance provided therewith, with which problems of the prior art can be avoided and in particular a simple and reliable construction of a heater for safe and reliable operation can be achieved.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Elektrogerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Heizeinrichtung oder nur für das Elektrogerät beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Heizeinrichtung als auch für das Elektrogerät gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This object is achieved by a heating device with the features of
Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung das Medium bzw. eine Flüssigkeit entweder im Durchfluss oder im Vorbeifluss beheizt oder es kann auch nach Art einer Kochplatte eine Beheizung eines stehenden Mediums sein, beispielsweise in einem Kochtopf. Die Heizeinrichtung weist einen Träger auf, wobei auf dem Träger Heizleiter aufgebracht sind und mindestens ein erster und ein zweiter Temperatursensor auf dem Träger angeordnet sind. Der Träger kann ausgebildet sein wie allgemein bekannt, beispielsweise aus isolierendem Material wie Keramik odgl., alternativ aus Metall bzw. Stahl mit einer Isolierschicht darauf. It is envisaged that the heating device heats the medium or a liquid either in the flow or in the by-pass or it may also be a heating of a standing medium in the manner of a hotplate, for example in a saucepan. The heating device has a carrier, wherein heating conductors are applied to the carrier and at least one first and one second temperature sensor are arranged on the carrier. The carrier may be formed as is generally known, for example of insulating material such as ceramic or the like, alternatively made of metal or steel with an insulating layer thereon.
Erfindungsgemäß ist ein erster Temperatursensor nahe am Heizleiter angeordnet, wodurch vor allem die Heizleitertemperatur möglichst direkt überwacht werden soll. Ein Abstand kann hier weniger als die zweifache Heizleiterbreite betragen, vorteilhaft sogar weniger als eine ganze Heizleiterbreite, oder etwa eine halbe Heizleiterbreite sein. Ein anderes Maß für den Abstand des ersten Temperatursensors zum Heizleiter kann vorteilhaft anstelle der Heizleiterbreite auf die Dicke des Trägers bezogen sein, also darauf, welchen Weg der Wärmefluss ausgehend vom Heizleiter zum einen in das Medium hinein aufweist und zum anderen zum ersten Temperatursensor als Wärmequerleitung im Träger. Dabei kann der Abstand des ersten Temperatursensors zum Heizleiter vorteilhaft kleiner sein als das Zehnfache der Dicke des Trägers, vorteilhaft kleiner als das Fünffache oder sogar nur etwa das Dreifache der Dicke des Trägers betragen. Ein ausreichender elektrischer Isolierabstand ist natürlich einzuhalten. According to the invention, a first temperature sensor is arranged close to the heating conductor, whereby, in particular, the heating conductor temperature should be monitored as directly as possible. A distance may here be less than twice the Heizleiterbreite, advantageously even less than a whole Heizleiterbreite, or be about half Heizleiterbreite. Another measure of the distance between the first temperature sensor and the heating conductor can advantageously be related to the thickness of the carrier instead of the heating conductor width, that is to say which path the heat flow from the heating conductor has to the medium into the medium and to the first temperature sensor as the heat cross conduction in the first Carrier. In this case, the distance between the first temperature sensor and the heating conductor can advantageously be less than ten times the thickness of the carrier, advantageously less than five times or even only about three times the thickness of the carrier. A sufficient electrical isolation distance must of course be observed.
Der zweite Temperatursensor weist erfindungsgemäß einen größeren Abstand zum Heizleiter auf als der erste Temperatursensor, wobei die beiden Temperatursensoren nicht unbedingt nahe beieinander angeordnet sein müssen bzw. es muss nicht unbedingt dieselbe Stelle des Heizleiters sein, in deren Nähe die beiden Temperatursensoren angeordnet sind. Vorteilhaft beträgt der Abstand des zweiten Temperatursensors zum Heizleiter mehr als das Zweifache der Heizleiterbreite oder sogar mehr als das Dreifache der Heizleiterbreite, beispielsweise das Drei- bis Fünffache. Alternativ kann dieser Abstand so ausgelegt sein, dass er größer ist als der zweifache Abstand des ersten Temperatursensors vom Heizleiter, vorteilhaft etwa das Drei- bis Fünffache. According to the invention, the second temperature sensor has a greater distance from the heating conductor than the first temperature sensor, wherein the two temperature sensors do not necessarily have to be arranged close to one another or it does not necessarily have to be the same point of the heating conductor in the vicinity of which the two temperature sensors are arranged. Advantageously, the distance between the second temperature sensor to the heating conductor is more than twice the Heizleiterbreite or even more than three times the Heizleiterbreite, for example, three to five times. Alternatively, this distance may be designed so that it is greater than twice the distance of the first temperature sensor from the heating conductor, advantageously about three to five times.
Ähnlich wie für den ersten Temperatursensor angegeben kann als anderes Maß für den Abstand des zweiten Temperatursensors zum Heizleiter die Dicke des Trägers herangezogen werden, so dass ein Abstand zum Heizleiter größer als das Fünfzehnfache der Dicke des Trägers sein kann. Besonders vorteilhaft ist er größer als das Dreißigfache der Dicke des Trägers bzw. beträgt etwa das Dreißig- bis Fünfzigfache der Dicke des Trägers. As indicated for the first temperature sensor, the thickness of the carrier can be used as another measure of the distance between the second temperature sensor and the heating conductor, so that a distance to the heating conductor can be greater than fifteen times the thickness of the carrier. More preferably, it is greater than thirty times the thickness of the carrier, or about thirty to fifty times the thickness of the carrier.
Durch diese unterschiedlichen Abstände der beiden Temperatursensoren zum Heizleiter kann mit dem ersten Temperatursensor, der eben sehr nahe an dem Heizleiter angeordnet ist, vor allem die Heizleitertemperatur erfasst werden. Damit kann insbesondere eine ungewünscht hohe Temperatur erkannt werden und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise ein Abschalten der Heizeinrichtung oder Reduzieren der elektrischen Leistung. Durch diesen geringen Abstand wird die Temperatur am ersten Temperatursensor eben auch im Wesentlichen vom Heizleiter beeinflusst und weniger von der Umgebung oder von dem zu erhitzenden Medium aufgrund der vorgenannten kurzen Wege für den Wärmestrom. Due to these different distances of the two temperature sensors to the heating conductor can be detected with the first temperature sensor, which is just very close to the heating element, especially the Heizleitertemperatur. Thus, in particular, an undesirably high temperature can be detected and corresponding countermeasures can be initiated, for example, switching off the heating device or reducing the electrical power. Due to this small distance, the temperature at the first temperature sensor is also essentially influenced by the heating conductor and less by the environment or by the medium to be heated due to the aforementioned short paths for the heat flow.
Der zweite Temperatursensor wiederum ist weiter vom Heizleiter entfernt, so dass seine Temperatur im Wesentlichen vom zu erhitzenden Medium bestimmt wird. Die vorgenannten Abstände zwischen zweitem Temperatursensor und Heizleiter werden allgemein als ausreichend angesehen, insbesondere wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, so dass die Heizleitertemperatur keinen direkten Einfluss auf die am zweiten Temperatursensor gemessene Temperatur aufweist. Vor allem in der Angabe der Abstände mit Bezug auf die Dicke des Trägers wird dies deutlich. The second temperature sensor in turn is further away from the heating element, so that its temperature is essentially determined by the medium to be heated. The aforementioned distances between the second temperature sensor and the heating conductor are generally considered sufficient, in particular if the medium is a liquid, so that the heating conductor temperature has no direct influence on the temperature measured at the second temperature sensor. Especially in the indication of the distances with respect to the thickness of the carrier, this becomes clear.
Vorteilhaft sind an der Heizeinrichtung genau die beiden vorgenannten Temperatursensoren vorgesehen und keine weiteren. Alternativ könnte noch ein weiterer Temperatursensor so vorgesehen sein, dass der zweite Temperatursensor und dieser weitere Temperatursensor in einer Durchflussrichtung des Mediums möglichst weit voneinander entfernt sind. Daraus kann eine Erwärmung des durchfließenden Mediums bestimmt werden bzw. ein von der Heizeinrichtung eingebrachter Wärmestrom. Advantageously, the two aforementioned temperature sensors are provided on the heater and no further. Alternatively, a further temperature sensor could be provided such that the second temperature sensor and this further temperature sensor are as far apart as possible in a flow direction of the medium. From this, a heating of the medium flowing through can be determined or a heat flow introduced by the heating device.
Die Temperatursensoren können PTC-Widerstände sein. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Temperatursensoren als NTC-Widerstände ausgebildet, insbesondere mit möglichst linearer Kennlinie in einem Bereich von 0°C bis 200°C oder 300°C. The temperature sensors can be PTC resistors. In an advantageous embodiment of the invention, the temperature sensors are designed as NTC resistors, in particular with the best possible linear characteristic in a range of 0 ° C to 200 ° C or 300 ° C.
In nochmals weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor bzw. alle Temperatursensoren baugleich. In yet another advantageous embodiment of the invention, the first temperature sensor and the second temperature sensor or all temperature sensors are identical.
Es wird bevorzugt, wenn die Temperatursensoren als SMD-Bauteile ausgebildet sind. Durch die kleine Bauform wird wenig Platz auf dem Träger benötigt. Durch ihre geringe thermische Masse kann eine sehr gute und schnelle Temperaturerfassung erfolgen. Sie können auch leicht in SMD-Technik auf den Träger aufgelötet werden und liegen sowohl durch die Verlötung als auch die typische SMD-Bauweise am Träger an für eine möglichst gute Temperaturübertragung. Eine Temperaturübertragung kann hier durch Wärmeleitpaste odgl. verbessert werden. It is preferred if the temperature sensors are designed as SMD components. The small design requires little space on the carrier. Due to their low thermal mass can be done very good and fast temperature detection. They can also be easily soldered onto the carrier in SMD technology and are responsible for the best possible temperature transfer both by the soldering and the typical SMD design. A temperature transfer can here by thermal paste odgl. be improved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein oder die Temperatursensoren nicht fest oder unlösbar auf dem Träger aufgebracht sind, also nicht wie vorbeschrieben darauf aufgelötet sind. Sie können beispielsweise durch eine andere Halteeinrichtung gegen den Träger angedrückt oder angelegt sein und dabei mittels dieser Haltevorrichtung auch elektrisch kontaktiert sein. So kann ein Schritt des Auflötens der Temperatursensoren auf dem Träger entfallen. In a further embodiment of the invention can be provided that one or the temperature sensors are not fixed or insoluble applied to the carrier, so not as described above are soldered to it. For example, they can be pressed or applied against the carrier by another holding device and can also be electrically contacted by means of this holding device. Thus, a step of soldering the temperature sensors on the carrier can be omitted.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Temperatursensor länglich ausgebildet sein und im Wesentlichen parallel zu einem Längsverlauf desjenigen Heizleiters verlaufen, zu dem er den geringsten Abstand aufweist. Diese Anordnung des Temperatursensors weist den Vorteil auf, dass dann der vom Heizleiter kommende Wärmestrom sozusagen quer auf den Temperatursensor trifft und dieser über seine Länge hinweg möglichst gleichmäßig erhitzt wird. Dies verbessert die Messgenauigkeit sowie die Anspruchsgeschwindigkeit des ersten Temperatursensors. An sich kann dieser erste Temperatursensor zu einem beliebigen Bereich des Heizleiters hin weisen bzw. sehr nahe an diesem liegen. Vorteilhaft ist es ein Bereich einer Schleife des Heizleiters. In a further embodiment of the invention, the first temperature sensor may be elongated and extend substantially parallel to a longitudinal course of that heating conductor, to which it has the smallest distance. This arrangement of the temperature sensor has the advantage that then the heating current coming from the heating conductor, so to speak, transversely hits the temperature sensor and this is heated as evenly as possible over its length. This improves the measurement accuracy and the claim speed of the first temperature sensor. In itself, this first temperature sensor can point to any area of the heating conductor or be very close to it. Advantageously, it is an area of a loop of the heat conductor.
Der Heizleiter kann vorteilhaft mäanderförmig bzw. in Schleifen auf dem Träger verlaufen. Die Biegungen der Schleifen können dabei so ausgebildet sein, dass entweder der Heizleiter mit ungefähr seiner Breite umläuft. Vorteilhaft und zur Vermeidung von sogenannten heißen Stellen durch Stromeinschnürung können die beiden Heizleiterschenkel der Schleife aufhören und ihre Enden mittels einer sehr gut elektrisch leitfähigen Kontaktbrücke verbunden bzw. kontaktiert sein. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe hierzu die
Vorteilhaft ist der zweite Temperatursensor im Bereich einer solchen vorgenannten Biegung bzw. Schleife angeordnet, d.h. dass der Heizleiter dem zweiten Temperatursensor mit einer solchen Biegung bzw. Schleife am nächsten kommt. Dies weist den Vorteil auf, dass hier die erzeugte Heizleistung etwas geringer ist und somit der zweite Temperatursensor noch einmal etwas weniger dem direkten Temperatureinfluss des Heizleiters ausgesetzt ist. Advantageously, the second temperature sensor is arranged in the region of such an aforementioned bend or loop, i. that the heating conductor comes closest to the second temperature sensor with such a bend or loop. This has the advantage that here the heating power generated is slightly lower and thus the second temperature sensor is again exposed a little less the direct temperature influence of the heating element.
Der Heizleiter ist vorteilhaft aus einem Widerstandsmaterial in Dickschichttechnik ausgebildet. Eine Dicke kann mindestens 5 µm betragen, vorteilhaft mindestens 20 µm bis über 50 µm. Die Breite eines Heizleiters ist vorteilhaft in seinem Längsverlauf in etwa gleich und kann zwischen 2 mm und 10 mm liegen, vorteilhaft etwa 5 mm bis 7 mm. Bei einer Parallelschaltung der Heizleiter kann die Breite auch noch geringer sein. The heating element is advantageously formed from a resistance material in thick film technology. A thickness may be at least 5 μm, advantageously at least 20 μm to more than 50 μm. The width of a heat conductor is advantageously approximately equal in its longitudinal course and can be between 2 mm and 10 mm, advantageously about 5 mm to 7 mm. With a parallel connection of the heating conductors, the width can be even lower.
Vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Elektrogerät einen Durchflusskanal für ein Medium bzw. eine Flüssigkeit auf, insbesondere Wasser. Ein solches Elektrogerät ist besonders vorteilhaft eine Waschmaschine, eine Spülmaschine oder allgemein ein Durchflusserhitzer. An dem Durchflusskanal befindet sich eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung bzw. sie bildet diesen Durchflusskanal zumindest zum Teil. In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass die Heizeinrichtung rohrförmig ausgebildet ist mit einem rohrförmigen Träger. Sie kann aber auch ein Teilrohr sein. Das Medium fließt dann durch die Heizeinrichtung hindurch. Heizleiter und Temperatursensoren sind dabei an der Außenseite der Heizeinrichtung bzw. des Trägers angeordnet, so dass sie nicht in Kontakt mit dem Medium bzw. der Flüssigkeit gelangen und auch leichter erreichbar sind für eine elektrische Kontaktierung. Vorteilhaft ist es dabei möglich, dass der zweite Temperatursensor in Durchflussrichtung des Mediums hinter dem ersten Temperatursensor angeordnet ist. Advantageously, the electrical appliance according to the invention has a flow channel for a medium or a liquid, in particular water. Such an electrical appliance is particularly advantageous a washing machine, a dishwasher or generally a flow heater. At the flow channel is a heating device according to the invention or it forms this flow channel at least in part. In an embodiment of the invention, it is possible that the heating device is tubular with a tubular support. But it can also be a partial tube. The medium then flows through the heater through. Heating conductor and temperature sensors are arranged on the outside of the heater or the carrier, so that they do not come into contact with the medium or the liquid and are also easier to reach for electrical contact. It is advantageously possible that the second temperature sensor is arranged in the flow direction of the medium behind the first temperature sensor.
In anderer Ausgestaltung der Erfindung kann ein erfindungsgemäßes Elektrogerät eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit einem flachen bzw. plattenförmigen Träger aufweisen, beispielsweise als Kochgerät oder Kochfeld zum Aufstellen eines Topfes oder sonstigen Behälters. In another embodiment of the invention, an electrical appliance according to the invention may have a heating device according to the invention with a flat or plate-shaped carrier, for example as a cooking appliance or hob for setting up a pot or other container.
Ist eine Heizeinrichtung rohrförmig ausgebildet, so ist sie vorteilhaft derart in dem Elektrogerät eingebaut, dass zumindest einer der Temperatursensoren in einem vertikal obersten Bereich der Heizeinrichtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist dies der erste Temperatursensor nahe am Heizleiter. Befindet sich in dem Durchflusskanal ein Medium bzw. eine Flüssigkeit, und darin wiederum Luftblasen oder Lufteinschlüsse, so sind sie üblicherweise eben in diesem obersten Bereich, falls ihr Ort überhaupt angegeben werden kann. Da dann aufgrund der Luftblasen die Wärmeabnahme durch das Medium von der Heizeinrichtung nicht so gut möglich ist, besteht das Risiko einer lokalen Überhitzung der Heizeinrichtung bzw. des Heizleiters, was dann eben durch diesen hier angeordneten Temperatursensor sehr gut und sehr schnell erkannt werden kann. If a heating device has a tubular design, then it is advantageously installed in the electrical appliance such that at least one of the temperature sensors is arranged in a vertically uppermost region of the heating device. This is particularly advantageous the first temperature sensor near the heating element. If there is a medium or liquid in the flow channel, and in turn air bubbles or air inclusions, then they are usually in this uppermost area, if their location can even be stated. Since then due to the air bubbles, the heat loss through the medium from the heater is not so good, there is a risk of local overheating of the heater or the heating, which can then be detected very well and very quickly by this temperature sensor arranged here.
Der zweite Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Mediums bzw. der Flüssigkeit selbst kann einerseits ebenfalls in einem vertikal oberen oder dem vertikal obersten Bereich angeordnet sein. Alternativ kann der zweite Temperatursensor weiter unterhalb vorgesehen sein, insbesondere aus dem Grund, weil damit ja möglichst die Temperatur des Mediums gemessen werden soll, unabhängig von derartigen Lufteinschlüssen bzw. selbst mit ihnen. The second temperature sensor for detecting the temperature of the medium or of the liquid itself can on the one hand also be arranged in a vertically upper or the vertically uppermost region. Alternatively, the second temperature sensor can be provided further below, in particular for the reason that, if possible, the temperature of the medium should be measured, regardless of such air inclusions or even with them.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit. These and other features will become apparent from the claims but also from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Represent embodiments for which protection is claimed here. The subdivision of the application into individual sections as well as intermediate headings does not restrict the general validity of the statements made thereunder.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are explained in more detail below. In the drawings show:
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele Detailed description of the embodiments
In
Des Weiteren sind auf der Außenseite des Trägers
Es ist gemäß der Erfindung zu erkennen, dass der Abstand d1 zwischen erstem Temperatursensor
Des Weiteren ist zu ersehen, dass der Abstand d2 des zweiten Temperatursensors
Die Heizeinrichtung
In
Ein erster Temperatursensor
Ein zweiter Temperatursensor
In
In Abweichung von den Ausgestaltungen der
In
Ähnlich wie schon in
In
Zum Zeitpunkt t1, also nach etwa 20 Sekunden, wird die Heizeinrichtung
Bei einem Zeitpunkt t4 von etwa 200 Sekunden hat die Steuerung
Somit kann also mit der Erfindung nicht nur eine praxistaugliche Anordnung geschaffen werden, um eine Temperatur an einer Heizeinrichtung bzw. einem Elektrogerät mit einer solchen Heizeinrichtung für ein zu erhitzendes Medium zu schaffen, sondern es kann auch eine vorteilhafte, einfache und sichere Methode der Temperaturauswertung erreicht werden. Thus, not only a practical arrangement can be provided with the invention to provide a temperature at a heater or an electrical appliance with such a heater for a medium to be heated, but it can also reach an advantageous, simple and safe method of temperature evaluation become.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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