EP3508029A1 - Elektrischer heizer und verfahren zum erkennen einer überhitzung eines solchen elektrischen heizers - Google Patents

Elektrischer heizer und verfahren zum erkennen einer überhitzung eines solchen elektrischen heizers

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EP3508029A1
EP3508029A1 EP17758537.9A EP17758537A EP3508029A1 EP 3508029 A1 EP3508029 A1 EP 3508029A1 EP 17758537 A EP17758537 A EP 17758537A EP 3508029 A1 EP3508029 A1 EP 3508029A1
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EP
European Patent Office
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heating element
electric heater
current
overheating
change
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Application number
EP17758537.9A
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French (fr)
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EP3508029B1 (de
Inventor
Alexander Krämer
Rainer Heck
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DBK David and Baader GmbH
Original Assignee
DBK David and Baader GmbH
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Publication date
Application filed by DBK David and Baader GmbH filed Critical DBK David and Baader GmbH
Publication of EP3508029A1 publication Critical patent/EP3508029A1/de
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Publication of EP3508029B1 publication Critical patent/EP3508029B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electric heater and a
  • Such heaters can be used, for example, in motor vehicles for heating (heating) the room air in the passenger compartment and for heating the battery, for preheating the cooling water of water-cooled engines, for preheating the spark plugs in auto-ignition internal combustion engines, for heating fuel, for thawing operating fluids such as or
  • Headlight cleaning fluid and the urea solution of an SCR catalyst, etc. are used. Furthermore, such heaters can be used in so-called white goods such as a tumble dryer or a washing machine.
  • heating circuits must be heated due to lack of or only temporarily available heat sources, such as an internal combustion engine.
  • the heating circuits are water circuits or a
  • Security provides and in which in particular undesirable tarnishing behavior is avoided or reduced. It is a further object of the invention to provide a method for detecting overheating of such an electric heater.
  • the heater according to the invention for heating fluid streams in particular of liquid such as water or water-glycol mixtures, has a heating element, a control device for controlling a heat output generated by the heating element and a
  • the heating element has an inductance which varies as a function of the temperature.
  • the inductance increases up to a limit temperature.
  • Overheat detection means is configured to detect a change in the current flowing through the heating element caused by a change in the inductance of the heating element, with one in advance
  • Limit can detect overheating of the electric heater or its heating element by changing the current flowing through the heating element current. Overheating can occur in particular when the electric heater is running dry, ie, for example, in the event of a fault, the fluid does not flow around it. By recognizing overheating can thus also a Dry run can be detected.
  • Heating element caused change of the current flowing through the heating element is also understood as the detection of a physical quantity from which this current or its change can be derived, in particular a physical quantity which is proportional to the current or its change.
  • a physical quantity which is proportional to the current or its change.
  • the physical quantity is the voltage across the shunt resistor which is proportional to the current flowing through the heating element.
  • Control device may be designed to control the heat output generated by more than one heating element. Accordingly, the
  • Overheat detection means configured to detect a change in the respective inductances of a plurality of heating elements caused changes in the currents flowing through the plurality of heating elements and to evaluate them, as explained above for a heating element by limiting value comparison with respect to overheating.
  • Heating element have a resistance that can also change with temperature.
  • the heating element preferably comprises a material whose relative permeability increases up to a limit temperature.
  • the increase of the relative permeability of the heating element with increasing temperature results in an increase of the inductance of the heating element with increasing temperature.
  • the heating element consists of such a material.
  • the heating element comprises a ferromagnetic material.
  • Ferromagnetic material is characterized by a particularly high relative permeability of ⁇ »1.
  • the heating element is made such a ferromagnetic material.
  • ferromagnetic material are, for example, iron, nickel and / or cobalt in question.
  • alloys comprising iron, nickel and / or cobalt are suitable with a relative permeability of pr »1.
  • an alloy of iron, chromium and aluminum can be used.
  • the electric heater according to the invention is preferably as
  • the Heating element is preferably designed as a heating wire.
  • Heating wires made of the above-mentioned materials, in particular alloys of iron, chromium and aluminum, are advantageously standard heating wires, which are freely available on the market.
  • the heater according to the invention for example, supplied with a voltage from a vehicle electrical system of a vehicle, therefore, a Bordnetzwellmaschine when starting the electric heater in comparison to PTC resistance heating wires using heaters can be reduced and thus improved. Furthermore, higher operating points can be achieved than with the use of PTC resistance heating wires. Thus, for example, when using a heating wire made of an alloy of iron, chromium and aluminum as a heating element, a maximum operating point of 1350 ° C can be achieved, resulting in a higher power density and a longer life. Furthermore, heating elements made of the materials mentioned by a minimum thermal capacity and inertia, which allows rapid detection of overheating.
  • the overheating detection device of the electric heater according to the invention, the functional safety of the electric heater can be ensured.
  • the overheat detection device determines whether the values determined by the Temperature-induced change in the inductance caused change in the current of the heating element exceeds a permissible value, so that overheating of the electric heater is detected and corresponding
  • Measures such as switching off the electric heater can be initiated.
  • the sensor element corresponds to the heating element. That
  • the heating element is not only used for heating, but also for detecting overheating.
  • a component, namely the heating element, can thus be used for two different purposes.
  • the overheating detecting means of the electric heater according to the invention preferably comprises a current measuring means for measuring the current flowing through the heating element, a differentiator for detecting a change in the current flowing through the heating element, a peak detector for detecting a maximum change in the current through the heating element
  • the overheating detection device is furthermore preferably designed such that it switches off the electric heater when initiating overheating or initiates a shutdown. For this purpose, the
  • Comparing means send a signal to the controller of the electric heater, which causes the control device to turn off the electric heater.
  • the current flowing through the heating element is also understood to mean a physical quantity, from which this current can be derived, in particular one which is proportional to this current
  • Overheating detection means may further comprise an amplifier.
  • the inventive method for detecting overheating of an electric heater is one of a change of Inductance of the heating element caused change in the current flowing through the heating element determined, compared the determined change in the current flowing through the heating element with a pre-defined limit and found when exceeding the predefined limit overheating.
  • a pre-defined limit Preferably, upon detection of overheating of the electric heater is turned off via the control device.
  • the current flowing through the heating element is measured, for determining the change of the current flowing through the heating element, the derivative thereof is formed, wherein the
  • Derivative represents the change in the current, the peak value of the derivative of the current flowing through the heating element determined and the determined
  • Peak value compared to the pre-defined limit As explained above, the current flowing through the heating element is also understood to be a physical quantity from which this current can be derived.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of an inventive
  • Fig. 3 is a schematic representation of a
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method according to the invention for Detecting overheating of an electric heater according to the invention.
  • Dimensions given in the figures are purely exemplary in nature.
  • the electric heater 1 according to the invention is preferably designed as a water heater, as e.g. is provided in the circulation of an operating fluid, such as cooling water, in a vehicle.
  • the electric heater 1 is preferably designed as a tubular heating element (RHK) or a cylindrical heating element with a wire-shaped heating element 2 (cf., FIG. 2).
  • RHK tubular heating element
  • a corresponding water heater is known, for example, from DE 10 2010 060 446 A1 of the Applicant, so that with regard to the specific construction of the water heater, reference may be made to the statements in this document.
  • the concrete structure plays only one
  • the electrical heater 1 is preferably supplied with voltage from a vehicle electrical system of a vehicle, the vehicle electrical system voltage in particular being a high-voltage voltage used in a vehicle, which is typically between approximately 120 V and approximately 450 V.
  • the heating element 2 (and thus the electric heater 1) has an inductance L (also called inductance L_RHK), which increases with increasing temperature.
  • Figure 1 shows an example of a course of a temperature-dependent inductance of the electric heater 1 designed as a tubular heater over the temperature. As shown in Figure 1, the inductance increases up to one
  • FIG. 2 shows an embodiment of the electric heater 1 according to the invention.
  • the electric heater 1 has a heating element 2 which has an inductance L RHK and a resistance R RHK connected in series.
  • the inductance L_RHK is temperature dependent and increases with increasing temperature on.
  • the heating element 2 is preferably made of ferromagnetic material having a relative permeability ⁇ cauliflower
  • the heating element 2 is connected to a supply voltage U_HV, e.g. A voltage of a vehicle electrical system or a battery of a vehicle, and to the other terminal via a switch SW1 to ground (in Figure 2: reference potential "0") .
  • U_HV supply voltage
  • the series circuit of inductance L_RHK and resistor R_RHK is preferably a diode D1 connected in parallel
  • the cathode of the diode D1 is connected to the
  • the switch SW1 is formed, for example, as a transistor circuit, and its state is controlled by the control device 3.
  • the switch SW1 may be part of the control device 3. Is the switch SW1 in
  • the control device 3 is preferably designed as power electronics in the form of a pulse width modulation (PWM) circuit, which at preferably constant frequency or period duration, the duty cycle of a rectangular pulse, i. controls the width of the square pulse forming pulses, the square pulse forms the input and control signal for the switch SW1.
  • PWM pulse width modulation
  • the electric heater 1 according to the invention further comprises a
  • Overheat detection device 4 for detecting overheating of the electric heater 1 or its heating element 2 (see Figures 2 and 3a)).
  • the overheat detection device 4 preferably comprises a
  • the current measuring device 5 measures a current flowing through the heating element 2.
  • the current measuring device 5 is preferably formed by a shunt resistor R_Shunt (Rshunt in Figure 3a)), which is connected in series with the heating element 2 and is connected between the switch SW1 and the ground 0.
  • the current flowing through the shunt resistor R_Shunt causes at this a voltage drop (voltage Ushunt in FIG. 3), which is proportional to the current flowing through the heating element 2. That the voltage Ushunt dropped across the shunt resistor R_Shunt is proportional to the current ⁇ ⁇ flowing through the heating element 2. Changes
  • the edge steepness of the current pulses of the current IHeiz is dependent on the size of the inductance L_RHK of the heating element 2, which in turn depends on the temperature. Accordingly, the slope is the of the
  • Current measuring device 5 detected pulses of the voltage Ushunt on the size of the inductance L RHK of the heating element 2, since the voltage Ushunt is proportional to the current flowing through the heating element 2 ⁇ . If the heater 1 according to the invention is supplied with an alternating voltage, such as
  • a measuring bridge circuit which the phase difference or the zero crossing of the current through the
  • Heating element measures.
  • Heating element 2 is lower than normally without overheating, is
  • Overheat detection device 4 on a differentiator 6 The
  • Differentiator 6 determines the change in the current iHeiz or the voltage Ushunt, which follows in particular from a temperature-dependent change in the inductance L_RHK of the heating element 2.
  • the differentiator 6 forms the derivative of the voltage Ushunt, which is proportional to the derivative of the current IHeiz and which is referred to in Figure 3 as UDitr.
  • the differentiator 6 may be formed, for example, as a high-pass circuit with a capacitor C1 and a resistor R1, wherein a terminal of the capacitor C1 to an unspecified node between the switch SW1 and the shunt resistor R_Shunt and the other terminal of the capacitor C1 to the resistor R1 is connected, which in turn is connected to the other terminal to ground.
  • Differentiator 6 is higher in magnitude in the event of a fault overheating than in the normal case (see Figures 3b) and 3c)) because of the higher edge steepness of the voltage Ushunt.
  • the differentiator an amplifier 7 is connected downstream, which by a
  • Operational amplifier 10 can be realized, which is operated with a supply voltage VCC.
  • the operational amplifier 10 is preferably as
  • Operational amplifier 10 corresponds to the amplified output voltage UDiff of the differentiator 6, wherein the output voltage Uverst of the amplifier 7 in the event of an error of overheating in terms of magnitude higher in the normal case (see Figures 3b) and 3c)).
  • the amplifier 7 can be so
  • the amplifier 7 is followed by a peak detector 8, which determines the maximum change, in particular the maximum derivative, of the current iHeiz flowing through the heating element 2 during operation.
  • the peak detector 8 determines the maximum value of
  • the peak detector 8 has the output voltage Uverst as
  • the peak detector 8 has a diode D2 for rectifying the output voltage Uverst of the amplifier 7, wherein the anode of the diode D2 is connected to the output of the amplifier 7 and the cathode of the diode D1 to a terminal of a resistor R4 of the peak detector 8. The other terminal of the resistor R4 is connected to a terminal of a
  • Condenser C2 of the peak detector 8 is connected, whose other terminal is grounded.
  • the voltage U peak falling across the capacitor C2 corresponds to the peak value of the voltage Uverst after one period of the voltage Uverst.
  • the output voltage Uverst of the amplifier 7 ie the amplified output voltage UDOT of the differentiator 6
  • the output voltage Uverst of the amplifier 7 is greater than the output voltage Uverst of the amplifier 7 in the normal case. Accordingly, the output voltage is US P it ze of
  • Peak detector 8 at an overheating greater than normal see Figures 3b) and 3c)).
  • the peak detector 8 is a comparator 9
  • a microcontroller 11 which comprises a working and program memory (not shown, hereinafter referred to as: memory).
  • the microcontroller 11 is connected between the resistor R4 and the capacitor C2 of the peak detector 8.
  • a predefined limit value for overheating detection is preferably stored, with which the output voltage U peak of the peak value detector 8 is compared.
  • the comparison device 9 or its microcontroller 11 leads
  • Peak detector 8 by that it compares the peak voltage U peak with the pre-defined limit (in Figure 3: error threshold).
  • the comparison can be carried out by a stored in the memory of the microcontroller 11 program.
  • the limit value is defined in advance such that a
  • Exceeding the limit value means overheating of the electric heater 1 or of its heating element 2. If the peak value Uspitze exceeds the predefined limit value, then the comparison device 9 (and thus the overheating detection device 4) determines overheating of the electrical heater 1. If the peak value U peak is below the limit value or if the peak value U peak is equal to the limit value, then the comparison device 9 determines that the electrical heater 1 is in the normal state and there is no overheating. In the case of overheating controls the comparator 9 and their
  • Microcontroller 11 the control device 3 of the electric heater 1 preferably in such a way that it opens the switch SW1 and thus the power supply of the heating element 2 interrupts to ensure the functional safety.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a preferred embodiment of the inventive method for detecting overheating of an electric heater 1 according to the invention, as shown by way of example in FIG. 2
  • step 20 the current flowing through the heating element 2 I Wien or a physical quantity from which this current is derivable, such as the voltage Ushunt on the shunt resistor R_Shunt (also: Rs unt) of
  • Overheat detection device 4 measured.
  • step 21 is for determining a change, in particular a temperature-induced change, by the heating element 2 flowing current i heating the derivative of the current iHeiz determined by means of a differentiator 6 of the overheat detection device 4.
  • the determined change in the current IHeiz is amplified by an amplifier 7 of the overheating detection device 4.
  • step 23 the peak value of the derivative of the current IHeiz determined in step 21 and amplified in step 22 is determined by means of a
  • Peak value detector 8 of the overheating detection device 4 determined.
  • the determined peak value is compared with the predefined limit value with the aid of the comparison device 9 of the overheating detection device 4. If the peak exceeds the limit, then the
  • Comparative device 9 and the overheat detection device 4 in step 24 determines that there is an overheating of the electric heater 1.

Landscapes

  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizer (1) zum Erwärmen von Fluidströmen mit einem Heizelement (2) und einer Steuereinrichtung (3) zum Steuern einer von dem Heizelement (2) erzeugten Wärmeleistung, wobei das Heizelement (2) eine Induktivität (L_RHK) hat, welche sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, und wobei eine Überhitzungserkennungseinrichtung (4) vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, eine von einer Änderung der Induktivität (L_RHK) verursachte Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz) zu erfassen und mit einem vorab definierten Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten des Grenzwerts eine Überhitzung des elektrischen Heizers (1 ) festzustellen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines solchen elektrischen Heizers (1).

Description

Elektrischer Heizer und Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung
eines solchen elektrischen Heizers Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Heizer und ein
Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines solchen elektrischen Heizers.
Derartige Heizer können beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Aufheizung (Erwärmung) der Raumluft in der Fahrgastzelle und zur Erwärmung der Batterie, zur Vorheizung des Kühlwassers von wassergekühlten Motoren, zum Vorglühen der Zündkerzen bei selbstzünden Brennkraftmaschinen, zur Erwärmung von Kraftstoff, zum Auftauen von Betriebsflüssigkeiten wie Scheiben- oder
Scheinwerferreinigungsflüssigkeit und der Harnstofflösung eines SCR- Katalysators etc. eingesetzt werden. Ferner können derartige Heizungen in sogenannter Weißer Ware wie beispielsweise einem Wäschetrockner oder einer Waschmaschine eingesetzt werden.
Insbesondere in modernen Fahrzeugen, wie beispielsweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder Brennstoffzellenfahrzeugen, welche in ihrem Bordnetz hohe elektrische Spannungen verwenden, müssen Heizkreisläufe aufgrund fehlender oder nur temporär verfügbarer Wärmequellen, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, erwärmt werden. Typischerweise handelt es sich bei den Heizkreisläufen um Wasserkreisläufe bzw. ein
Wasserumlaufsystem.
Da die Motorwärme bei derartigen modernen Fahrzeugen nicht oder nur begrenzt als ein Wärmelieferant zur Verfügung steht, werden typischerweise elektrische Heizer eingesetzt, welche einen PTC-Widerstandsdraht als
Heizelement aufweisen (siehe beispielsweise die DE 10 2014 108 074 A1 ). Das Anlaufverhalten von PTC-Widerstandsdrähten bei niedrigen Temperaturen kennzeichnet sich jedoch oftmals durch unerwünschte hohe Stromspitzen aus, die um einen Faktor von 3,5 über dem der Temperatur gemäß Kennlinie zugehörigen Wert liegen können. Ferner liegt der maximal zulässige Arbeitspunkt in der Regel bei 600°C, sodass der durchschnittliche Arbeitspunkt etwa 400°C nicht überschreiten sollte, um die Lebensdauer des PTC-Widerstandsdrahtes nicht übermäßig zu verkürzen. Auch können in der Regel nur Heizdrähte aus speziellem Material (wie z.B. Nifethal®, einer Nickel-Eisen-Legierung) als PTC- Widerstandsdrähte eingesetzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Heizer mit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen, welcher eine hohe funktionale
Sicherheit bietet und bei welchem insbesondere unerwünschtes Anlaufverhalten vermieden bzw. reduziert ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines derartigen elektrischen Heizers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Heizer zum Erwärmen von Fluidströmen und ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines solchen elektrischen Heizers mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Der erfindungsgemäße Heizer zum Erwärmen von Fluidströmen, insbesondere von Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder Wasser-Glykol- Mischungen, weist eine Heizelement, eine Steuereinrichtung zum Steuern einer von dem Heizelement erzeugten Wärmeleistung und eine
Überhitzungserkennungseinrichtung auf. Das Heizelement hat eine Induktivität, welche sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Vorzugsweise nimmt die Induktivität bis zu einer Grenztemperatur zu. Die
Überhitzungserkennungseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie eine von einer Änderung der Induktivität des Heizelements verursachte Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms erfasst, mit einem vorab
definierten/festgelegten Grenzwert vergleicht und bei Überschreiten des
Grenzwerts durch die Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms eine Überhitzung des elektrischen Heizers bzw. von dessen Heizelement feststellen kann. Eine Überhitzung kann insbesondere dann auftreten, wenn der elektrische Heizer trockenläuft, d.h. zum Beispiel in einem Fehlerfall nicht von dem Fluid umströmt wird. Durch das Erkennen einer Überhitzung kann somit auch ein Trockenlauf erkannt werden.
Unter der Erfassung einer von einer Änderung der Induktivität des
Heizelements verursachten Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms sei auch das Erfassen einer physikalischen Größe verstanden, aus welcher dieser Strom bzw. dessen Änderung herleitbar sind, insbesondere einer physikalischen Größe, welche zu dem Strom bzw. dessen Änderung proportional ist. Wird der durch das Heizelement fließende Strom beispielsweise mittels eines zu dem Heizelement in Reihe geschalteten Shunt-Widerstandes gemessen, so handelt es sich bei der physikalischen Größe um die über dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung, die proportional zu dem durch das Heizelement fließenden Strom ist.
Es kann mehr als ein Heizelement vorgesehen sein, und die
Steuereinrichtung kann zur Steuerung der von mehr als einem Heizelement erzeugten Wärmeleistung ausgestaltet sein. Entsprechend kann die
Überhitzungserkennungseinrichtung ausgestaltet sein, eine von Änderungen der jeweiligen Induktivitäten von mehreren Heizelementen verursachten Änderungen der durch die mehreren Heizelemente fließenden Ströme zu erfassen und diese, wie oben für ein Heizelement erläutert, durch Grenzwertvergleich bezüglich einer Überhitzung auszuwerten.
Zusätzlich zu der sich mit der Temperatur ändernden Induktivität kann das
Heizelement einen Widerstand aufweisen, der sich ebenfalls mit der Temperatur ändern kann.
Das Heizelement umfasst vorzugsweise ein Material, dessen relative Permeabilität bis zu einer Grenztemperatur zunimmt. Die Zunahme der relativen Permeabilität des Heizelements mit steigender Temperatur hat eine Zunahme der Induktivität des Heizelements mit steigender Temperatur zur Folge. Bevorzugt besteht das Heizelement aus einem solchen Material.
Besonders bevorzugt umfasst das Heizelement ein ferromagnetisches Material. Ferromagnetisches Material zeichnet sich durch eine besonders hohe relative Permeabilität von μτ » 1 aus. Vorzugsweise besteht das Heizelement aus einem solchen ferromagnetischen Material. Als ferromagnetisches Material kommen zum Beispiel Eisen, Nickel und/oder Cobalt in Frage. Ebenso sind Legierungen, welche Eisen, Nickel und/oder Cobalt umfassen, mit einer relativen Permeabilität von pr » 1 geeignet. Insbesondere kann eine Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium eingesetzt werden.
Der erfindungsgemäße elektrische Heizer ist vorzugsweise als
Rohrheizkörper ausgestaltet, welcher das Heizelement umfasst. Das Heizelement ist vorzugsweise als Heizdraht ausgebildet. Bei Heizdrähten aus den oben genannten Materialen, insbesondere aus Legierungen aus Eisen, Chrom und Aluminium, handelt es sich vorteilhafterweise um Standardheizdrähte, welche frei auf dem Markt erhältlich sind.
Heizelemente aus den oben genannten Materialien weisen
vorteilhafterweise im Wesentlichen kein unerwünschtes Anlaufverhalten, d.h. keine unerwünschten Stromspitzen beim Anlaufen/Erwärmen aus dem kalten Zustand auf. Wird der erfindungsgemäße Heizer beispielsweise mit einer Spannung aus einem Bordnetz eines Fahrzeugs versorgt, kann daher eine Bordnetzwelligkeit beim Anlaufen des elektrischen Heizers im Vergleich zu PTC- Widerstandsheizdrähte verwendenden Heizern reduziert und somit verbessert werden. Ferner können höhere Arbeitspunkte als bei dem Einsatz von PTC- Widerstandheizdrähten erzielt werden. So kann beispielsweise bei einem Einsatz von einem Heizdraht aus einer Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium als Heizelement ein maximaler Arbeitspunkt von 1350°C erzielt werden, was zu einer höheren Leistungsdichte und einer längeren Lebensdauer führt. Weiter kennzeichnen sich Heizelemente aus den genannten Materialen durch eine minimale thermische Kapazität und Trägheit aus, was eine schnelle Erkennung einer Überhitzung ermöglicht.
Durch die Überhitzungserkennungseinrichtung des erfindungsgemäßen elektrischen Heizers kann die funktionale Sicherheit des elektrischen Heizers sichergestellt werden. Durch Vergleich mit einem vorab definierten/festgelegten Grenzwert ermittelt die Überhitzungserkennungseinrichtung, ob die durch die temperaturbedingte Änderung der Induktivität hervorgerufene Änderung des Stroms des Heizelements einen zulässigen Wert überschreitet, sodass eine Überhitzung des elektrischen Heizers erkannt wird und entsprechende
Maßnahmen wie ein Abschalten des elektrischen Heizers eingeleitet werden können.
Vorteilhafterweise entspricht bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Heizer das Sensorelement dem Heizelement. D.h. das Heizelement wird nicht nur zum Erwärmen eingesetzt, sondern auch zum Erkennen einer Überhitzung. Ein Bauteil, nämlich das Heizelement, kann somit für zwei unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden.
Die Überhitzungserkennungseinrichtung des erfindungsgemäßen elektrischen Heizers umfasst vorzugsweise eine Strommesseinrichtung zum Messen des durch das Heizelement fließenden Stroms, einen Differenzierer zur Ermittlung einer Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms, einen Spitzenwertdetektor zum Ermitteln einer maximalen Änderung des durch das
Heizelement fließenden Stroms und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der maximalen Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms mit dem vorab definierten Grenzwert. Die Überhitzungserkennungseinrichtung ist ferner vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie beim Erkennen einer Überhitzung den elektrischen Heizer abschaltet oder eine Abschaltung einleitet. Hierzu kann die
Vergleichseinrichtung ein Signal an die Steuereinrichtung des elektrischen Heizers senden, welches die Steuereinrichtung veranlasst, den elektrischen Heizer abzuschalten. Wie oben beschrieben wird unter dem durch das Heizelement fließenden Strom auch eine physikalische Größe verstanden, von welcher dieser Strom herleitbar ist, insbesondere eine zu diesem Strom proportionale
physikalische Größe wie beispielsweise eine über einem zu dem Heizelement in Reihe geschalteten Shunt-Widerstand abfallende Spannung. Die
Überhitzungserkennungseinrichtung kann außerdem einen Verstärker umfassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines elektrischen Heizers gemäß der Erfindung wird eine von einer Änderung der Induktivität des Heizelements verursachte Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms ermittelt, die ermittelte Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms mit einem vorab definierten Grenzwert verglichen und bei Überschreiten des vorab definierten Grenzwerts eine Überhitzung festgestellt. Vorzugsweise wird bei Feststellen einer Überhitzung der elektrische Heizer über dessen Steuereinrichtung ausgeschaltet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise der durch das Heizelement fließende Strom gemessen, zum Ermitteln der Änderung des durch das Heizelement fließenden Stroms dessen Ableitung gebildet, wobei die
Ableitung die Änderung des Stroms repräsentiert, der Spitzenwert der Ableitung des durch das Heizelement fließenden Stroms ermittelt und der ermittelte
Spitzenwert mit dem vorab definierten Grenzwert verglichen. Wie oben erläutert, wird unter dem durch das Heizelement fließenden Strom auch eine physikalische Größe verstanden, von welcher dieser Strom herleitbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 einen beispielhaften Verlauf einer Induktivität eines
erfindungsgemäßen elektrischen Heizers bzw. von dessen Heizelement in
Abhängigkeit von der Temperatur,
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen
elektrischen Heizers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer
Überhitzungserkennungseinrichtung eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizers (Fig. 3a)), schematische Kurvenverläufe der in der
Überhitzungserkennungseinrichtung auftretenden physikalischen Größen über der Zeit im Falle einer Überhitzung (Fig. 3b)) und schematische Kurvenverläufe der gleichen in der Überhitzungserkennungseinrichtung auftretenden physikalischen Größen wie in Fig. 3b) im Normalzustand (Fig. 3c)) und
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen einer Überhitzung eines elektrischen Heizers gemäß der Erfindung. In den Figuren angegebene Maßangaben sind rein beispielhafter Natur.
Der erfindungsgemäße elektrische Heizer 1 , wie er in der weiter unten beschriebenen Figur 2 dargestellt ist, ist vorzugsweise als Wasserheizer ausgestaltet, wie er z.B. in dem Umlauf eines Betriebsfluids, beispielsweise von Kühlwasser, in einem Fahrzeug vorgesehen ist. Der elektrische Heizer 1 ist hierfür vorzugsweise als Rohrheizkörper (RHK) oder zylinderförmiger Heizkörper mit einem drahtförmigen Heizelement 2 (vgl. Figur 2) ausgebildet. Ein entsprechender Wasserheizer ist beispielsweise aus der DE 10 2010 060 446 A1 der Anmelderin bekannt, sodass im Hinblick auf den konkreten Aufbau des Wasserheizers auf die Ausführungen in dieser Druckschrift verwiesen werden kann. Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung spielt jedoch der konkrete Aufbau nur eine
untergeordnete Rolle, da unterschiedliche Heizertypen gemäß der Erfindung ausgestaltet und betrieben werden können.
Der elektrische Heizer 1 wird vorzugsweise aus einem Bordnetz eines Fahrzeugs mit Spannung versorgt, wobei es sich bei der Bordnetzspannung insbesondere um eine in einem Fahrzeug eingesetzte Hochvoltspannung handelt, die typischerweise zwischen ca. 120 V und ca. 450 V liegt. Das Heizelement 2 (und somit der elektrische Heizer 1 ) hat eine Induktivität L (auch Induktivität L_RHK genannt), die mit steigender Temperatur zunimmt.
Figur 1 zeigt einen beispielhaften Verlauf einer temperaturabhängigen Induktivität des als Rohrheizkörper ausgestalteten elektrischen Heizers 1 über der Temperatur. Wie in Figur 1 dargestellt, nimmt die Induktivität bis zu einer
Grenztemperatur zu. Der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen elektrischen Heizers 1 liegt unterhalb dieser Grenztemperatur von dessen Heizelement 2.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Heizers 1 gemäß der Erfindung. Der elektrische Heizer 1 weist ein Heizelement 2 auf, welches eine Induktivität L RHK und einen Widerstand R RHK in Reihenschaltung hat. Die Induktivität L_RHK ist temperaturabhängig und steigt mit Zunahme der Temperatur an. Hierfür ist das Heizelement 2 vorzugsweise aus ferromagnetischem Material mit einer relativen Permeabilität μτ » .
Das Heizelement 2 ist mit einem Anschluss an ein Versorgungsspannung U_HV, z.B. eine Spannung eines Bordnetzes oder einer Batterie eines Fahrzeugs, und mit dem anderen Anschluss über einen Schalter SW1 an Masse (in Figur 2: Bezugspotential„0") angeschlossen. Der Reihenschaltung aus Induktivität L_RHK und Widerstand R_RHK ist vorzugsweise eine Diode D1 parallel geschaltet, die als Freilaufdiode dient. Die Kathode der Diode D1 ist dabei an die
Versorgungsspannung U_HV angeschlossen.
Der Schalter SW1 ist beispielsweise als Transistorschaltung ausgebildet, und dessen Zustand wird über die Steuereinrichtung 3 gesteuert. Der Schalter SW1 kann Teil der Steuereinrichtung 3 sein. Ist der Schalter SW1 im
geschlossenen Zustand, so fließt Strom (Heizstrom Ι ΗΘΙΖ) durch das Heizelement 2 und das Heizelement 2 erzeugt Wärme. Ist der Schalter SW1 im offenen Zustand, so fließt kein Strom durch das Heizelement 2. Über das Verhältnis zwischen der Zeitdauer des geschlossenen Zustands des Schalters SW1 und der Zeitdauer des offenen Zustands des Schalters SW1 kann somit die von dem Heizelement 2 erzeugte Wärmeleistung durch die Steuereinrichtung 3 gesteuert werden. Die Steuereinrichtung 3 ist dementsprechend bevorzugt als Leistungselektronik in Form einer Pulsweitenmodulations-(PWM-)Schaltung ausgebildet, welche bei vorzugsweise konstanter Frequenz bzw. Periodendauer den Tastgrad eines Rechteckpulses, d.h. die Breite der den Rechteckpuls bildenden Pulse steuert, wobei der Rechteckpuls das Eingangs- und Steuersignal für den Schalter SW1 bildet.
Der erfindungsgemäße elektrische Heizer 1 umfasst ferner eine
Überhitzungserkennungseinrichtung 4 zum Erkennen einer Überhitzung des elektrischen Heizers 1 bzw. von dessen Heizelement 2 (siehe Figuren 2 und 3a)). Die Überhitzungserkennungseinrichtung 4 umfasst vorzugsweise eine
Strommesseinrichtung 5, einen Differenzierer 6, einen Spitzenwertdetektor 8 und eine Vergleichseinrichtung 9. Ferner kann ein Verstärker 7 vorgesehen sein, der bevorzugt zwischen den Differenzierer 6 und den Spitzenwertdetektor 8 geschaltet ist.
Die Strommesseinrichtung 5 misst einen durch das Heizelement 2 fließenden Strom. Die Strommesseinrichtung 5 ist vorzugsweise durch einen Shunt-Widerstand R_Shunt (Rshunt in Figur 3a)) gebildet, welcher in Reihe mit dem Heizelement 2 geschaltet ist und zwischen dem Schalter SW1 und der Masse 0 angeschlossen ist. Der durch den Shunt-Widerstand R_Shunt fließende Strom verursacht an diesem einen Spannungsabfall (Spannung Ushunt in Figur 3), welcher proportional zu dem durch das Heizelement 2 fließenden Strom ist. D.h. die an dem Shunt-Widerstand R_Shunt abfallende Spannung Ushunt ist proportional zu dem durch das Heizelement 2 fließenden Strom Ι ΗΘΙΖ. Ändert sich
temperaturbedingt die Induktivität L_RHK des Heizelements 2, so ändert sich entsprechend der durch das Heizelement 2 fließenden Strom i Heiz und somit die über dem Shunt-Widerstand R_Shunt abfallende Spannung Ushunt.
Bei einem pulsweitenmodulierten Stromfluss durch das Heizelement 2 ist die Flankensteilheit der Strompulse des Stroms IHeiz von der Größe der Induktivität L_RHK des Heizelements 2 abhängig, welche wiederum von der Temperatur abhängig ist. Entsprechend ist die Flankensteilheit der von der
Strommesseinrichtung 5 erfassten Pulse der Spannung Ushunt von der Größe der Induktivität L RHK des Heizelements 2 abhängig, da die Spannung Ushunt proportional zu dem durch das Heizelement 2 fließenden Strom ΙΗΘΙΖ ist. Wird der erfindungsgemäße Heizer 1 mit einer Wechselspannung versorgt, wie
beispielsweise bei einer Verwendung in sogenannter Weißer Ware, so kann als Strommesseinrichtung 5 eine Messbrückenschaltung vorgesehen sein, welche den Phasenunterschied oder den Nulldurchgang des Stroms durch das
Heizelement misst.
Da im Fehlerfall bei einer Überhitzung die Induktivität L_RHK des
Heizelements 2 niedriger als im Normalfall ohne Überhitzung ist, ist
dementsprechend die Flankensteilheit des Stroms I Heiz bzw. der Spannung Ushunt im Fehlerfall einer Überhitzung höher als im Normalfall, wie in Figuren 3b) und 3c) dargestellt.
Der Strommesseinrichtung 5 nachgeschaltet weist die
Überhitzungserkennungseinrichtung 4 einen Differenzierer 6 auf. Der
Differenzierer 6 ermittelt die Änderung des Stroms iHeiz bzw. der Spannung Ushunt, welche insbesondere aus einer temperaturabhängigen Änderung der Induktivität L_RHK des Heizelements 2 folgt. Vorzugsweise bildet der Differenzierer 6 die Ableitung der Spannung Ushunt, welche proportional zu der Ableitung des Stroms IHeiz ist und welche in Figur 3 als UDitr bezeichnet ist. Der Differenzierer 6 kann beispielsweise als Hochpassschaltung mit einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 ausgebildet sein, wobei ein Anschluss des Kondensators C1 an einen nicht näher bezeichneten Knotenpunkt zwischen dem Schalter SW1 und dem Shunt-Widerstand R_Shunt und der andere Anschluss des Kondensators C1 an den Widerstand R1 angeschlossen ist, welcher wiederum mit dessen anderem Anschluss an Masse angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung UDiff des
Differenzierers 6 ist wegen der höheren Flankensteilheit der Spannung Ushunt im Fehlerfall einer Überhitzung betragsmäßig höher als im Normalfall (siehe Figuren 3b) und 3c)).
Insbesondere um eine bessere Signalauflösung zu erreichen, ist dem Differenzierer ein Verstärker 7 nachgeschaltet, welcher durch einen
Operationsverstärker 10 realisiert sein kann, der mit einer Versorgungsspannung VCC betrieben wird. Der Operationsverstärker 10 ist vorzugsweise als
nichtinvertierender Verstärker ausgebildet, an dessen nichtinvertierendem Eingang die Ausgangsgröße des Differenzierers 6, d.h. die Spannung Uratf, anliegt. An den Ausgang des Operationsverstärkers 10 ist ein Spannungsteiler mit den in Reihe geschalteten Widerständen R2 und R3 angeschlossen, wobei der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 zwischen den Widerständen R2 und R3 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung Uveret (U1A in Figur 2) des
Operationsverstärkers 10 (und des Verstärkers 7) entspricht der verstärkten Ausgangsspannung UDiff des Differenzierers 6, wobei die Ausgangsspannung Uverst des Verstärkers 7 im Fehlerfall einer Überhitzung betragsmäßig höher ist als im Normalfall (siehe Figuren 3b) und 3c)). Der Verstärker 7 kann derart
ausgestaltet sein, dass er als Ausgangsspannung Uverst nur den positiven Puls einer Periode des Ausgangssignals UDIIT des Differenzierers 6 ausgibt.
Dem Verstärker 7 ist ein Spitzenwertdetektor 8 nachgeschaltet, welcher die maximale Änderung, insbesondere die maximale Ableitung, des durch das Heizelement 2 fließenden Stroms iHeiz während des Betriebs ermittelt.
Insbesondere ermittelt der Spitzenwertdetektor 8 den maximalen Wert der
Ausgangsspannung Uverst des Verstärkers 7, d.h. den Spitzenwert der Spannung Uverst. Der Spitzenwertdetektor 8 hat die Ausgangsspannung Uverst als
Eingangssignal. Der Spitzenwertdetektor 8 weist eine Diode D2 zur Gleichrichtung des Ausgangsspannung Uverst des Verstärkers 7 auf, wobei die Anode der Diode D2 an den Ausgang des Verstärkers 7 und die Kathode der Diode D1 an einen Anschluss eines Widerstand R4 des Spitzenwertdetektors 8 angeschlossen ist. Der andere Anschluss des Widerstands R4 ist an einen Anschluss eines
Kondensators C2 des Spitzenwertdetektors 8 angeschlossen, dessen anderer Anschluss an Masse liegt. Die über dem Kondensator C2 abfallende Spannung Uspitze entspricht dem Spitzenwert der Spannung Uverst nach einer Periode der Spannung Uverst.
Für den Fehlerfall einer Überhitzung ist die Ausgangsspannung Uverst des Verstärkers 7 (d.h. die verstärkte Ausgangsspannung UDOT des Differenzierers 6), welche der verstärkten Flankensteilheit des durch das Heizelement 2 fließenden Stroms iHeiz entspricht, größer als die Ausgangsspannung Uverst des Verstärkers 7 im Normalfall. Dementsprechend ist die Ausgangsspannung USPitze des
Spitzenwertdetektors 8 bei einer Überhitzung größer als im Normalfall (siehe Figuren 3b) und 3c)).
Dem Spitzenwertdetektor 8 ist eine Vergleichseinrichtung 9
nachgeschaltet, die vorzugsweise durch einen Mikrocontroller 11 gebildet wird, welcher einen Arbeits- und Programmspeicher (nicht dargestellt; im Folgenden: Speicher) umfasst. Der Mikrocontroller 11 ist zwischen dem Widerstand R4 und dem Kondensator C2 des Spitzenwertdetektors 8 angeschlossen. In dem Speicher ist vorzugsweise ein vorab definierter Grenzwert für eine Überhitzungserkennung hinterlegt, mit welchem die Ausgangsspannung Uspitze des Spitzenwertdetektors 8 verglichen wird.
Die Vergleichseinrichtung 9 bzw. deren MikroController 11 führt
dahingehend eine Signalauswertung des Ausgangssignals Uspitze des
Spitzenwertdetektors 8 durch, dass sie die Spitzenwertspannung Uspitze mit dem vorab definierten Grenzwert (in Figur 3: Fehlerschwelle) vergleicht. Der Vergleich kann durch ein in dem Speicher des Mikrocontrollers 11 hinterlegtes Programm durchgeführt werden. Der Grenzwert ist derart vorab definiert, dass ein
Überschreiten des Grenzwerts eine Überhitzung des elektrischen Heizers 1 bzw. von dessen Heizelement 2 bedeutet. Überschreitet der Spitzenwert Uspitze den vorab definierten Grenzwert, so stellt die Vergleichseinrichtung 9 (und somit die Überhitzungserkennungseinrichtung 4) eine Überhitzung des elektrischen Heizers 1 fest. Liegt der Spitzenwert Uspitze unter dem Grenzwert oder ist der Spitzenwert Uspitze gleich dem Grenzwert, so stellt die Vergleichseinrichtung 9 fest, dass sich der elektrische Heizer 1 im Normalzustand befindet und keine Überhitzung vorliegt. Im Falle der Überhitzung steuert die Vergleichseinrichtung 9 bzw. deren
Mikrocontroller 11 die Steuereinrichtung 3 des elektrischen Heizers 1 bevorzugt derart an, dass sie den Schalter SW1 öffnet und somit die Stromversorgung des Heizelements 2 unterbricht, um die funktionale Sicherheit sicherzustellen.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen einer Überhitzung eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizers 1 , wie er beispielhaft in Figur 2
dargestellt ist. In Schritt 20 wird der durch das Heizelement 2 fließende Strom I Heiz bzw. eine physikalische Größe, aus welcher dieser Strom herleitbar ist, wie die Spannung Ushunt über dem Shunt-Widerstand R_Shunt (auch: Rs unt) der
Strommesseinrichtung 5, mittels der Strommesseinrichtung 5 der
Überhitzungserkennungseinrichtung 4 gemessen.
In dem sich an Schritt 20 anschließenden Schritt 21 wird zum Ermitteln einer Änderung, insbesondere einer temperaturbedingten Änderung, des durch das Heizelement 2 fließenden Stroms i Heiz die Ableitung des Stroms iHeiz mittels eines Differenzierers 6 der Überhitzungserkennungseinrichtung 4 ermittelt. Im sich anschließenden Schritt 22 wird die ermittelte Änderung des Stroms IHeiz durch einen Verstärker 7 der Überhitzungserkennungseinrichtung 4 verstärkt.
Im folgenden Schritt 23 wird der Spitzenwert der in Schritt 21 ermittelten und in Schritt 22 verstärkten Ableitung des Stroms IHeiz mittels eines
Spitzenwertdetektors 8 der Überhitzungserkennungseinrichtung 4 ermittelt. In Schritt 24 wird der ermittelte Spitzenwert mit dem vorab definierten Grenzwert mit Hilfe der Vergleichseinrichtung 9 der Überhitzungserkennungseinrichtung 4 verglichen. Überschreitet der Spitzenwert den Grenzwert, so stellt die
Vergleichseinrichtung 9 bzw. die Überhitzungserkennungseinrichtung 4 in Schritt 24 fest, dass eine Überhitzung des elektrischen Heizers 1 vorliegt.
Im sich anschließenden Schritt 25 übermittelt die
Überhitzungserkennungseinrichtung 4 der Steuereinrichtung 3 des elektrischen Heizers 1 , dass eine Überhitzung vorliegt, woraufhin die Steuereinrichtung 3 den Schalter SW1 des elektrischen Heizers 1 öffnet und damit die Stromversorgung des Heizelements 2 unterbricht.
Bezuqszeichenliste
1 elektrischer Heizer
2 Heizelement
3 Steuereinrichtung
4 Überhitzungserkennungseinrichtung
5 Messeinrichtung
6 Differenzierer
7 Verstärker
8 Spitzenwertdetektor
9 Vergleichseinrichtung
10 Operationsverstärker
11 MikroController
20, 21 , 22, 23, 24, 25 Verfahrensschritte
C1 , C2 Kondensatoren
D1 , D2 Dioden
iHeiz durch das Heizelement fließender Strom
L_RHK Induktivität des Heizelements
R1 , R2, R3, R4 Widerstände
R_RHK Widerstand des Heizelements
R_Shunt, Rshunt Shunt-Widerstand
SW1 Schalter
t Zeit
U_HV, VCC Versorgungsspannungen
Ushunt Ausgangsspannung der Messeinrichtung UDiff Ausgangsspannung des Differenzierers Uverst Ausgangsspannung des Verstärkers
U Spitze Ausgangsspannung des Spitzenwertdetektors

Claims

Ansprüche
1 . Elektrischer Heizer zum Erwärmen von Fluidströmen mit einem Heizelement (2) und einer Steuereinrichtung (3) zum Steuern einer von dem Heizelement (2) erzeugten Wärmeleistung, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) eine Induktivität (L_RHK) hat, welche sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, und dass eine Überhitzungserkennungseinrichtung (4) vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, eine von einer Änderung der Induktivität (L_RHK) verursachte Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (Ι ) ZU erfassen und mit einem vorab definierten Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten des Grenzwerts eine Überhitzung des elektrischen Heizers (1 ) festzustellen.
2. Elektrischer Heizer nach Anspruch 1 , wobei die Induktivität (L_RHK) des Heizelements (2) bis zu einer Grenztemperatur zunimmt.
3. Elektrischer Heizer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (2) ein Material umfasst, dessen relative Permeabilität bis zu einer Grenztemperatur zunimmt.
4. Elektrischer Heizer nach Anspruch 3, wobei das Heizelement (2) ein ferromagnetisches Material umfasst.
5. Elektrischer Heizer nach Anspruch 4, wobei das Heizelement (2) als Material Eisen, Nickel oder Cobalt oder eine Eisen, Nickel und/oder Cobalt aufweisende Legierung umfasst.
6. Elektrischer Heizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überhitzungserkennungseinrichtung (4) eine Strommesseinrichtung (5) , einen Differenzierer (6) zur Ermittlung einer Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz), einen Spitzenwertdetektor (8) zum Ermitteln einer maximalen Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz) und eine Vergleichseinrichtung (9) zum Vergleichen der maximalen Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHBIZ) mit dem vorab definierten Grenzwert umfasst.
7. Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung eines elektrischen Heizers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Ermitteln einer von einer Änderung der Induktivität (L_RHK) des Heizelements (2) des elektrischen Heizers (1 ) verursachten Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz),
- Vergleichen der ermittelten Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (ΙΗΘΙΖ) mit einem vorab definierten Grenzwert und
- Feststellen einer Überhitzung des elektrischen Heizers (1) bei einem Überschreiten des vorab definierten Grenzwerts.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei
bei Feststellen einer Überhitzung des elektrischen Heizers (1 ) der elektrische Heizer (1 ) ausgeschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei
- der durch das Heizelement (2) fließende Strom (IHBIZ) gemessen wird,
- zum Ermitteln der Änderung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (ΙΗΘΙΖ) eine Ableitung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz) gebildet wird,
- der Spitzenwert der Ableitung des durch das Heizelement (2) fließenden Stroms (IHeiz) ermittelt wird und
- der ermittelte Spitzenwert mit dem vorab definierten Grenzwert verglichen wird.
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