DE102006032698A1

DE102006032698A1 - Electrical heating system controlling method for use in e.g. dish washer, involves controlling electrical heating system based on actual resistance values and change of resistance values of electrical resistor heating unit

Info

Publication number: DE102006032698A1
Application number: DE200610032698
Authority: DE
Inventors: Alexander Schrempf; Martin Wallinger; Andreas Pleschinger
Original assignee: Bleckmann GmbH and Co KG
Current assignee: Bleckmann GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-24

Abstract

The method involves detecting actual resistance values of an electrical resistor heating unit (10). A change of resistance values of the electrical resistor heating unit is determined after a preset starting period by a control unit (100) e.g. microcontroller, where the starting period is based on starting characteristics of the heating unit and thermal mass of an electrical heating system. The electrical heating system is controlled based on the actual resistance values and the change of resistance values of the heating unit. An independent claim is also included for a control device provided for an electrical heating system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren und eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Heizsystem mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizelement gemäß dem Anspruch 1 bzw. 22.The The present invention relates to a control method and a control device for a electric heating system with at least one electrical resistance heating element according to the claim 1 or 22.

Hintergrundbackground

Einen wesentlichen Aspekt beim Einsatz von elektrischen Heizsystemen, insbesondere solchen mit Dickschichtaufbau, stellt die Steuerung bzw. Regelung des elektrischen Heizelements und des zu erhitzenden Mediums sowie der Schutz des Heizelements und der Umgebung sowohl im sachgemäßen als auch im unsachgemäßen Betrieb dar. Eine Schutzeinrichtung soll vor allem Brandgefahr und mechanische Schäden, durch welche die Sicherheit oder der Schutz gegen einen elektrischen Schlag beeinträchtigt werden kann, vorbeugen.a essential aspect when using electric heating systems, especially those with thick-film structure, provides the controller or regulation of the electric heating element and the medium to be heated as well as the protection of the heating element and the environment both in the proper as even in improper operation dar. A protective device is mainly fire risk and mechanical Damages caused by which the safety or the protection against an electric shock impaired can prevent.

Um Heizsystem vor Überhitzung zu schützen, werden beispielsweise in herkömmlichen Heizsystemen mechanische Thermoschutzschalter mit Bimetall schaltern oder Schmelzsicherungen verwendet. Eine weitere Möglichkeit stellen sogenannte elektronische „Two-Wire-Control"-Schaltungen dar. Beispiele für derartige Schaltungen zeigen die DE 103 42 924 oder die US 2005/0109767 . Das Funktionsprinzip dieser Schaltungen besteht in der Bestimmung der aktuellen Temperatur des Heizleiters über den Zusammenhang zwischen dem aktuellen elektrischen Widerstand des kompletten Heizleiters und seiner aktuellen Temperatur. Über vorher festgelegte bzw. voreingestellte Schwellwerte für den Widerstandswert des kompletten Heizleiters wird das elektrische Heizelement ab- bzw. eingeschaltet.To protect heating system against overheating, for example, in conventional heating systems mechanical thermal circuit breakers with bimetallic switches or fuses are used. Another possibility are so-called electronic "two-wire-control" circuits. Examples of such circuits are shown in FIG DE 103 42 924 or the US 2005/0109767 , The operating principle of these circuits is to determine the current temperature of the heating element on the relationship between the current electrical resistance of the complete heat conductor and its current temperature. Above predetermined or preset threshold values for the resistance value of the complete heat conductor, the electrical heating element is switched off or on.

Bei einem Heizelement mit einem Heizleiter aus einer Heizleiterlegierung mit einem relativ geringen Temperaturbeiwert und unter Berücksichtigung der gemäß IEC-Norm „Household and similar electrical appliances – Safety; Part 2-105: Particular requirements for multifunctional shower cabinets" (IEC 60335-2-105:2004) zulässigen Widerstandstoleranzen, von z. B. –5 % bis +10 %, kann jedoch durch Festlegen solcher absoluten Widerstandsschaltschwellen ein rechtzeitiges Abschalten nicht gewährleistet werden. Zur Veranschaulichung sei ein Heizelement mit einer Nennleistung von P_nenn = 2150W bei 100°C Wassertemperatur angenommen, bei dem sich bei einem Nennwiderstand des kompletten Heizleiters von R_nenn = 24,6 Ohm gem. IEC-Norm ein Toleranzbereich von R_nenn,min = 23,4 Ohm bis R_nenn,max = 27,3 Ohm ergibt. D. h., die zulässige Widerstandstoleranz ΔR_Toleranz beträgt 3,9 Ohm. Ein Störbetrieb oder unsachgemäßer Betrieb liegt beispielsweise dann vor, wenn sich der Heizwiderstand des Heizelements über eine vorgegebene Grenztemperatur erhitzt, z. B. durch Fehlen des zu erhitzenden Mediums (Trockenlauf). Nimmt man für die Temperaturänderung im unsachgemäßen Betrieb etwa 130 °C pro 1 Ohm Widerstandsänderung an, ergibt sich für einen mit Sicherheit erkennbaren des Störbetriebs eine maximale Temperatur von: TStörung,min = ΔRToleranz·ΔT + TNormalbetrieb = 3,9 Ω·130°C/Ω + 170 °C = 670 °C In a heating element with a heating conductor of a Heizleiterlegierung with a relatively low temperature coefficient and taking into account the IEC standard "Household and similar electrical appliances - Safety; Part 2-105: Particular requirements for multifunctional shower cabinets "(IEC 60335-2-105: 2004) permissible resistance tolerances, eg from -5% to +10%, but can not guarantee a timely shutdown by setting such absolute resistance thresholds be. to illustrate, a heating element is rated at P _nom = 2150W at 100 ° C assumed water temperature at which _{the rated} at a nominal resistance of the whole heating conductor of R = 24,6 ohm acc. to IEC standard, a tolerance range of R _{nom, min} = 23.4 ohms to _{Rnenn, max} = 27.3 ohms, ie, the permissible resistance _tolerance ΔR _tolerance is 3.9 ohms, for example, malfunctioning or improper operation occurs when the heating resistance of the heating element heated above a predetermined limit temperature, eg due to the absence of the medium to be heated (dry run) If the temperature change in improper operation is about 130 ° C per 1 ohm resistor change, this results in a maximum temperature of: T Interference, min = ΔR tolerance · ΔT + T normal operation = 3.9 Ω · 130 ° C / Ω + 170 ° C = 670 ° C

D. h., die gemäß IEC-Norm zulässige Widerstandstoleranz führt dazu, dass im Worst Case ein Störbetrieb mit Sicherheit erkannt wird, wenn die Temperatur des Heizelements möglicherweise bereits 670 °C beträgt. Bei dieser Temperatur ist ein Einsatz von Substratmaterialien mit einem niedrigem. Schmelzpunkt, wie zum Beispiel von Aluminium oder Aluminiumlegierung, sowie der Einsatz von organischen Isoliermaterialien nicht mehr möglich. Mit anderen Worten, aufgrund der zulässigen Leistungstoleranzen kann ein rechtzeitiges Abschalten nur bei der Verwendung von Heizleitermaterialien mit einem sehr hohen Temperaturbeiwert sichergestellt werden bzw. jedes Heizelement müsste einzeln abgeglichen werden. Auch lassen sich mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen lokale Überhitzungen des Heizelements nicht erkennen.D. h., according to the IEC standard allowed Resistance tolerance leads in addition, that in the worst case a Störbetrieb is certainly detected when the temperature of the heating element possibly already 670 ° C is. At this temperature is a use of substrate materials with a low. Melting point, such as aluminum or Aluminum alloy, as well as the use of organic insulating materials not more is possible. In other words, due to the allowable power tolerances can be timely shutdown only when using Heizleiterermaterialien be ensured with a very high temperature coefficient or every heating element would have to individually adjusted. Also, can be with the known methods and devices local overheating of the heating element does not recognize.

Überblickoverview

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung und Absicherung eines Heizelements so weiterzubilden, dass die oben genannte Problematik vermieden werden kann.A The object of the invention is therefore the known devices and method for controlling and securing a heating element so to further develop that the above-mentioned problems are avoided can.

Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren für ein elektrisches Heizelement gemäß dem Anspruch 1, sowie durch eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für ein elektrisches Heizelement gemäß Anspruch 22. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen sind in den jeweilig abhängigen Ansprüchen angegeben.The The above problem is solved by a control method according to the invention for a electric heating element according to the claim 1, and by an inventive control device for an electric Heating element according to claim 22. Advantageous embodiments and further developments are specified in the respective dependent claims.

In einer Grundform des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens für ein elektrisches Heizsystem mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizelement weist das Verfahren auf: Erfassen des aktuellen Widerstandwerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements; Ermitteln der zeitlichen Änderung des Widerstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements; und Steuern des Heizsystems basierend auf der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswerts.In a basic form of the control method according to the invention for an electric Heating system with at least one electrical resistance heating element instructs you to: Detect the current resistance value the at least one electrical resistance heating element; Determine the temporal change of the Resistance value of the at least one electrical resistance heating element; and controlling the heating system based on the current time change of the resistance value.

In einer ersten Ausführung des Verfahrens wird während des Einschaltvorganges des elektrischen Heizelements noch keine Auswertung der zeitlichen Änderung des Widerstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizele ments vorgenommen. Mit anderen Worten, es erfolgt noch keine Steuerung des elektrischen Heizelements im Sinne einer Betriebssteuerung und/oder Sicherung basierend auf der Erfassung der zeitlichen Änderung des Widerstandswerts.In a first embodiment the procedure is during the switching of the electric heating element still no Evaluation of the temporal change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element performed. In other words, there is still no control of electric heating element in the sense of an operation control and / or Backup based on the detection of the time change of the resistance value.

Die Länge der Zeitdauer, während der keine Auswertung stattfindet bzw. nach der eine erste Auswertung stattfindet, richtet sich nach dem Anlaufverhalten des konkreten Heizelementes und ggf. den thermischen Massen des Systems. Mit anderen Worten, es wird eine definierte Verzögerungszeit festgelegt, während der noch keine Auswertung der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswerts erfolgt. Am Ende dieser Anlaufzeit bzw. Verzögerungszeit hat bzw. sollte bei ordnungsgemäßen Betrieb das elektrische Heizelement seine Betriebstemperatur erreicht (haben). Der Widerstandsverlauf, d. h. die aktuelle zeitliche Änderung des Widerstandswerts, weist bei einem ordnungsgemäßen Betrieb eine geringe Steigung auf, somit kann nach der (systemabhängigen) Verzögerungszeit mittels einer einfachen Auswertung der aktuellen Steigung des Widerstandsverlaufs (dR(t)/dt), d.h. der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswerts, entsprechend reagiert, d. h. gesteuert werden.The Length of Time duration while no evaluation takes place or after a first evaluation takes place, depends on the startup behavior of the concrete Heating element and possibly the thermal masses of the system. With others Words, it will set a defined delay time while still no evaluation of the current change over time of the resistance value he follows. At the end of this start-up time or delay time has or should with proper operation the electric heating element has reached its operating temperature. The resistance curve, d. H. the current time change of the resistance value, indicates proper operation a small slope, so after the (system dependent) Delay Time by means of a simple evaluation of the current slope of the resistance curve (dR (t) / dt), i. the current time change of the resistance value, reacts accordingly, d. H. to be controlled.

Die Bewertung bzw. Auswertung der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswerts als „hoch" oder „gering" bzw. „niedrig" entspricht in der einfachsten Ausführung einem Vergleich des aktuellen Wertes der Änderung mit einem vorbestimmten bzw. systemabhängigen Wert.The Evaluation or evaluation of the current temporal change of the resistance value as "high" or "low" or "low" corresponds in the simplest version a comparison of the current value of the change with a predetermined one or system-dependent Value.

Eine Auswertung für die entsprechende Steuerung kann beispielsweise wie folgt aussehen: Befindet sich nach der Verzögerungszeit bzw. Anlaufzeit kein (Arbeits-)Medium (z. B. Wasser) im Heizsystem, steigt der Widerstand weiter stark an, d. h. dR(t)/dt ist hoch bzw. mit anderen Worten, der Anstieg des Widerstandswertes erfolgt schnell. Das Heizelement wird dann entsprechend abgeschaltet.A Evaluation for the corresponding control can look like this, for example: Located after the delay time or start-up time no (working) medium (eg water) in the heating system, the resistance continues to rise sharply, d. H. dR (t) / dt is high or In other words, the increase of the resistance value is fast. The heating element is then switched off accordingly.

Befindet sich genug Medium im Heizsystem steigt der Widerstand langsamer an, d. h. dR(t)/dt ist niedrig bzw. mit anderen Worten, der Anstieg des Widerstandswertes erfolgt langsam. Das angeschlossene Heizelement kann weiter in Betrieb bleiben bzw. wird entsprechend dem normal Betrieb z. B. gemäß unten beschriebenen Weiterbildungen geregelt bzw. gesteuert.is If there is enough medium in the heating system, the resistance increases more slowly on, d. H. dR (t) / dt is low, in other words, the slope the resistance value is slow. The connected heating element can continue to operate or will be normal Operation z. B. below regulated or controlled.

Sollte der Fall vorliegen, dass das zu Beginn vorhandene Medium im Betrieb verdampft oder anders verloren geht, erhitzt sich der Heizleiter des Heizelements weiter, und der Widerstandsverlauf wird stärker ansteigen (so genannter Auskochbetrieb oder kurz Leerkochen), d. h. dR(t)/dt ist hoch bzw. steil. Das Heizelement wird abgeschaltet und optional gegen Wiedereinschalten gesichert.Should the case is that the initially existing medium in operation evaporated or otherwise lost, the heating element heats up of the heating element, and the resistance curve will increase more (so-called Auskochbetrieb or short Leerkochen), d. H. dR (t) / dt is high or steep. The heating element is switched off and optional secured against restart.

Diese vorstehend beschriebene Minimalausführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens ermöglicht es, das Heizelement vor Schäden durch zu hohe Heizleitertemperaturen durch unsachgemäßen Betrieb, wie zum Beispiel dem Betrieb ohne Wasser, zu schützen. Hierbei ist es nicht notwendig, einen absoluten oder relativen Widerstandswert als Schaltschwelle festzulegen. Mit anderen Worten, das Verfahren ist so völlig unabhängig von Temperaturschwellen, auf die sich die Materialschwankungen des Heizleiters auswirken können.These above-described minimum version of the proposed here Method allows the heating element from damage due to excessive heating conductor temperatures due to improper operation, such as operation without water, to protect. This is not it necessary, an absolute or relative resistance as switching threshold set. In other words, the process is so completely independent of Temperature thresholds, on which the material fluctuations of the heating conductor can affect.

In den folgenden Weiterbildungen des Verfahrens erfolgt das Steuern des Heizsystems basierend auf der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswerts und dem aktuellen Widerstandswert des wenigstens einen elektrischen Heizelements.In the following developments of the method, the control is done heating system based on the current time change of the resistance value and the current resistance value of the at least one electric heating element.

Das Erfassen des aktuellen Widerstandwerts kann dabei kontinuierlich erfolgen. Insbesondere bei einer teilweisen oder vollständigen Umsetzung des Verfahrens mit digitalen Schaltkreisen kann das Erfassen des aktuellen Widerstandwerts mit bestimmten zeitlichen Abständen erfolgt, wobei dann die zeitlichen Abstände mit dem Systemtakt im Zusammenhang stehen.The Detecting the current resistance value can be continuous respectively. Especially with a partial or complete implementation of the digital circuit method can detect the current resistance value at specific time intervals, where then the time intervals related to the system clock.

In einer speziellen Ausführung basieren die bestimmten zeitlichen Abstände auf den zuletzt erfassten Werten und/oder der Änderung des Widerstandswertes des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements; somit könnte beispielsweise im Bereich der (weiter unter näher erläuterten) Schaltschwellen mit einer höheren zeitlichen Auflösung gearbeitet werden.In a specific embodiment, the determined time intervals are based on the last detected values and / or the change in the resistance value of the at least one electrical resistance heating element; Thus, for example, in the field of (further explained below) switching thresholds with egg be worked at a higher temporal resolution.

Mit anderen Worten, bei kontinuierlich oder diskret, d. h. zu bestimmten Zeitpunkten, erfassten Werte des elektrischen Widerstands des Heizelements über der Zeit, entspricht die jeweilige Änderung des elektrischen Widerstands zwischen zwei beliebigen Zeitpunkten der Änderung des elektrischen Widerstands in dem zwischen diesen Zeitpunkten liegenden Zeitabschnitt. Für den Fall einer näherungsweisen kontinuierlichen Messung bzw. Erfassung des Werts des elektrischen Widerstands nähert sich diese Änderung mit kleiner werdendem Zeitabstand der aktuellen Steigung der gemessenen bzw. erfassten Widerstandskurve R(t); mathematisch entspricht die erfasste Änderung dann immer mehr der ersten Ableitung des sich mit der Zeit ändernden Widerstandswerts R(t) nach der Zeit, d. h. dR(t)/dt.With in other words, when continuous or discreet, d. H. To determine Times, detected values of the electrical resistance of the heating element over the Time, corresponds to the respective change of electrical resistance between any two times the change of the electrical resistance in between these times lying time period. For the case of an approximate continuous measurement or detection of the value of the electrical Resistance approaches this change with decreasing time interval of the current slope of the measured or detected resistance curve R (t); mathematically corresponds to the detected change then more and more the first derivative of the time-changing Resistance value R (t) after time, d. H. dR (t) / dt.

In einer Weiterbildung weist das Verfahren weiter ein Ermitteln von besonderen Punkten im zeitlichen Verlauf des Erfassen des Widerstandswerts auf. Die Ermittlung basiert dabei auf den ermittelten Änderungen des Widerstandswerts sowie der zeitlichen Änderung der Änderung des Widerstandswerts. Hierzu weist das Verfahren weiter ein Ermitteln der zeitlichen Änderung der Änderung des Widerstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements auf. D. h., es werden auch Werte für höhere Ableitungen nach der Zeit bestimmt, wie z. B. dR(t)/dt². Mithilfe der zweiten Ableitung nach der Zeit, lassen sich beispielsweise lokale Extrempunkte wie lokale Maxima und Minima oder Sattel- bzw. Wendepunkte ermitteln.In a development, the method further comprises determining particular points in the time course of the detection of the resistance value. The determination is based on the determined changes in the resistance value as well as the temporal change of the change in the resistance value. For this purpose, the method further comprises determining the time change of the change in the resistance value of the at least one electrical resistance heating element. D. h., Also values for higher derivatives are determined by the time, such. B. dR (t) / dt ² . Using the second derivative with respect to time, for example, local extreme points such as local maxima and minima or saddle points or turning points can be determined.

In einer weiteren Weiterbildung weist das Verfahren zusätzlich ein Einstellen jeweils eines ersten und zweiten, einer ersten und zweiten Temperaturschwelle entsprechenden ersten und zweiten Nenn-Widerstandswerts für jeweils eine erste Schaltschwelle und eine zweite Schaltschwelle auf.In a further development, the method additionally Setting each of a first and second, a first and second Temperature threshold corresponding first and second nominal resistance value for each a first switching threshold and a second switching threshold.

Als zusätzlicher Aspekt hat es sich im Zusammenhang mit der ersten und der zweiten Schaltschwelle erwiesen, wenn das Verfahren weiter ein Messen des elektrischen IST-Kaltwiderstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements unmittelbar beim oder kurz nach dem Einschalten des Heizsystems aufweist. Der erste und zweite Nenn-Widerstandswert kann dann mittels eines Verhältnis aus dem gemessenen IST-Kaltwiderstandswert und einem Nenn-Kaltwiderstandswert angepasst werden; damit lassen sich Abweichungen der Nenn-Widerstandswerte z. B. aufgrund von Fertigungsstreuungen des Widerstandsheizelements, kompensieren.When additional Aspect has related to the first and the second Switching threshold proven when the method further measuring the electrical actual cold resistance value of the at least one electrical Resistance heating element immediately at or shortly after switching on of the heating system. The first and second nominal resistance values can then by means of a ratio from the measured actual cold resistance value and a rated cold resistance value be adjusted; this makes it possible to deviate nominal resistance values z. Due to manufacturing variations of the resistance heating element, compensate.

In einer Weiterbildung des Verfahrens mit der ersten und zweiten Schaltschwelle oder alternativ nur als Weiterbildung der Minimalausführung wird die mittlere (durschnittliche) Heizleitertemperatur des Heizelements optional durch eine weitere (dritte) Schaltschwelle zu begrenzen. Diese dritte Schaltschwelle liegt in einem vorbestimmten Absand unter dem jeweiligen Nennwiderstand bei dem das Heizelement seine benötigte Nennheizleitung abgibt. Die somit erreichte Reduktion der Heizleitertemperatur wirkt sich positiv auf die Lebensdauer des Heizelements aus.In a development of the method with the first and second switching threshold or alternatively only as a further development of the minimum version the average (average) heat conductor temperature of the heating element optionally by a further (third) switching threshold to limit. This third switching threshold is in a predetermined Absand below the respective nominal resistance at which the heating element its required Nennheizleitung emits. The thus achieved reduction of the Heizleitertemperatur acts positively affect the life of the heating element.

In weiterer Folge ist es denkbar, verschiedene Heizleistungen mit einem einzigen Standardelement zu realisieren, d. h. ohne jeweils für einzelnen Anwendungen eine konstruktive Änderung am Heizelement vornehmen zu müssen. Die Einstellung bzw. Anpassung der in der Anwendung benötigten Heizleistung erfolgt mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens über die erste und/oder dritte Schaltschwelle.In Another consequence, it is conceivable, different heating with a single standard element to realize, d. H. without each for individual Applications a constructive change to make the heating element. Adjustment or adaptation of the heating power required in the application takes place by means of the described method over the first and / or third Switching threshold.

Die mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren realisierbare „schnelle Steuerung" eines Heizelements ermöglicht die Verwendung von dünnen Substratmaterialien mit wenig Masse, wodurch sich entsprechende Kostenvorteil ergeben.The feasible with the method proposed here "fast Control "one Heating element allows the use of thin Substrate materials with little mass, resulting in corresponding cost advantage result.

In einer Ausführung des Verfahrens werden die erfassten zeitlichen Änderungen des Widerstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements klassifiziert. So kann das Klassifizieren in wenigstens eine Klasse „HOCH" und eine Klasse „NIEDRIG" erfolgen. Mit anderen Worten, es wird eine Schwelle für den Wert der zeitlichen Änderung des Widerstandswerts festgelegt, unter der die Änderung als niedrig und darüber als hoch bewertet bzw. klassifiziert wird. Natürlich ist es möglich, für eine feinere Abstimmung die ermittelten Änderungen auch in mehrere Klassen einzustufen bzw. auf linguistische Werte abzubilden.In an execution of the method become the detected temporal changes of the resistance value of the at least one electrical resistance heating element classified. Thus, the classification can be done in at least one class "HIGH" and a class "LOW". With others Words, there will be a threshold for the value of the temporal change of the resistance value below which the change is considered low and above is highly rated or classified. Of course it is possible for a finer one Vote the changes identified also classified into several classes or linguistic values map.

Mithilfe dieser Abbildung kann das Steuerungsverfahren über vorbestimmte Regeln auf den aktuellen Betriebszustand des Heizsystems schließen und in diesen Regeln festgelegte Steuerungsaktionen für das Heizsystem auslösen.aid This mapping can control the control over predetermined rules close the current operating status of the heating system and Control actions for the heating system specified in these rules trigger.

In einer bestimmten Ausführungsform kommen folgende Regeln zur Anwendung:

– Das Steuern des Heizsystems besteht im Einschalten, wenn der aktuelle Widerstandswert unter der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „HOCH" liegt;
– Das Steuern des Heizsystems besteht im Einschalten, wenn der aktuelle Widerstandswert unter der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „NIEDRIG" liegt;
– Das Steuern des Heizsystems besteht im Ausschalten, wenn der aktuelle Widerstandswert über der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „NIEDRIG" liegt;
– Das Steuern des Heizsystems besteht im Ausschalten, wenn der aktuelle Widerstandswert über der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „HOCH" liegt; und
– Das Steuern des Heizsystems besteht im Ausschalten, wenn der aktuelle Widerstandswert über der zweiten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „HOCH" liegt, wobei hier zusätzlich ein erneutes Einschalten des Heizsystems verhindert wird.

In a particular embodiment, the following rules apply:

- The control of the heating system consists in switching on when the current resistance value is below the first switching threshold and the current change in the resistance value is in the "HIGH"class;
- Control of the heating system is switched on when the current resistance value is below the first switching threshold and the current change in the resistance value is in the "LOW"class;
- Control of the heating system consists of switching off when the current resistance value is above the first switching threshold and the current change in the resistance value is in the "LOW"class;
- Control of the heating system is switched off when the current resistance value is above the first threshold and the current resistance value change is in the "HIGH" class, and
- The control of the heating system consists in switching off when the current resistance value is above the second switching threshold and the current change in the resistance value is in the "HIGH" class, in which case additional switching on of the heating system is prevented.

Die oben beschriebene einfachste Ausführungsform bzw. Minimalausführung des kann mit folgenden Regeln abgebildet werdenThe above described simplest embodiment or minimal version of can be mapped with the following rules

Soweit es eine im Wesentlichen das vorstehend beschriebene Steuerverfahren umsetzende Steuereinrichtung betrifft, so weist diese im Prinzip die selben Vorteile und funktionalen Eigenschaften wie das jeweils entsprechende Verfahren auf.So far it is essentially the control method described above relates to converting control device, it has in principle the same advantages and functional properties as the corresponding one Procedure on.

In eine Grundform der Steuereinrichtung für ein elektrisches Heizsystem mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizelement weist die Steuereinrichtung wenigstens auf: eine Messeinrichtung, die eingerichtet ist, ein einem aktuellen Widerstandwert des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements entsprechendes Widerstandssignal abzugeben und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die aktuelle zeitliche Änderung des Widerstandssignalwerts zu ermitteln und basierend der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandssignalwerts ein Steuersignal für das Heizsystem auszugeben.In a basic form of the control device for an electric heating system with at least one electrical resistance heating element, the Control device at least on: a measuring device, the set up is a current resistance value of the at least one electrical Resistance heating element corresponding resistance signal to deliver and a control unit that is set up, the current time change of the resistance signal value and based on the current one temporal change of the resistance signal value to output a control signal for the heating system.

In einer Minimalausführung ist dann in der Steuereinheit folgendes Steuerstrategie bzw. Regelsystem definiert. Die Steuereinheit gibt dann ein Steuersignal zum Ausschalten des Heizsystems aus, wenn nach einer vorbestimmten Anlaufzeit, die aktuelle Änderung des Widerstandswerts hoch ist, d. h. wenn sich nach einer Zeitdauer, die sich nach dem Anlaufverhalten des konkreten Heizelementes und ggf. den thermischen Massen des Systems bestimmt, der Widerstandswert des Heizelementes weiter schnell ändert bzw. die Steigung des Widerstandsverlaufes steil ist. Dieses Regelprinzip kann auch in den erweiterten Ausführungsformen enthalten sein.In a minimal version is then defined in the control unit following control strategy or control system. The control unit then outputs a control signal for switching off the Heating system off, if after a predetermined start-up time, the current change of the resistance value is high, d. H. if, after a period of time, depending on the startup behavior of the concrete heating element and if necessary determines the thermal masses of the system, the resistance value of the heating element continues to change rapidly or the slope of the resistance curve is steep. This rule principle can also be used in the extended embodiments be included.

In der vorstehend beschriebenen einfachsten Ausführung ist das Steuersignal ein Schaltsignal zum Ein- und Ausschalten einer Energieversorgung des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements. Es ist aber auch möglich mit dem Steuersignal die Energiezufuhr, d. h. die Spannung am und/oder den Strom durch das Heizelement, in Stufen oder stufenlos zu steuern.In The simplest embodiment described above is the control signal a switching signal for switching on and off a power supply the at least one electrical resistance heating element. It is but also possible with the control signal, the power supply, d. H. the voltage on and / or to control the flow through the heating element, in stages or steplessly.

In einer Ausführung ist die Steuereinheit ein Mikrocontroller oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis. Dabei kann der Mikrocontroller programmtechnisch eingerichtet bzw. konfiguriert werden, eine Variante des oben erläuterten Steuerungsverfahrens umzusetzen.In an execution the control unit is a microcontroller or an application specific one integrated circuit. In this case, the microcontroller programmatically set up or configured, a variant of the above Implementing the control procedure.

Unter einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (auch bekannt als Application Specific Integrated Circuit, ASIC) oder Custom-Chip wird hier eine elektronische Schaltung verstanden, die als integrierter Schaltkreis realisiert ist.Under an application specific integrated circuit (also known as Application Specific Integrated Circuit, ASIC) or custom chip Here is an electronic circuit understood as integrated Circuit is realized.

Solcher anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreise werden von verschiedenen Herstellern entsprechend Kundenanforderung hergestellt.Such Application specific integrated circuits are of different types Produced according to customer requirement.

Wie bereits im Zusammenhang mit Weiterbildungen bzw. weiteren Ausführungen des Verfahrens erläutert, basieren Weiterbildungen der Steuereinrichtung bzw. andere Ausführungsformen neben der aktuellen zeitlichen Änderung des Widerstandswertes auch auf dem aktuellen Widerstandssignalwert selbst.As already in connection with further developments or further versions of the method explained, are based on developments of the control device or other embodiments next to the current time change of the resistance value also on the current resistance signal value even.

Die Steuereinrichtung kann hierzu weiter einen Speicher zum Speichern gemessener Widerstandssignalwerte aufweisen. Der Speicher kann als diskretes Bauelement realisiert werden oder in einem Bereich des Arbeitsspeichers des Mikrocontrollers liegen bzw. in einem Teil des anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises eingerichtet sein. Im Speicher können für eine weitere Verwendung die den gemessenen Widerstandswerten des Heizelements entsprechenden Widerstandssignalwerte nach einer Analog-Digital-Wandlung in dem Speicher in digitaler Form gespeichert werden.The Control device can for this purpose further a memory for storing have measured resistance signal values. The memory can as discrete component can be realized or in an area of the working memory lie of the microcontroller or in a part of the application-specific be arranged integrated circuit. In the store can for another Use the measured resistance values of the heating element corresponding resistance signal values after an analog-to-digital conversion stored in the memory in digital form.

In einer besonders einfachen Ausführung ist die Steuereinheit eingerichtet, basierend auf wenigstens dem aktuellen und dem vorletzten Widerstandssignalwert aus dem Speicher die aktuelle zeitliche Änderung des Widerstandssignalwerts zu ermitteln. Hier kann die Steuereinheit, insbesondere wenn sie teilweise oder vollständig als digitaler Schaltkreis ausgeführt ist, eingerichtet sein, die Widerstandssignalwerte in bestimmten zeitlichen Abständen zu messen und zu speichern.In a particularly simple design the control unit is set up based at least on current and the penultimate resistance signal value from the memory the current temporal change of the To determine the resistance signal value. Here the control unit, in particular if partially or completely as a digital circuit accomplished is to be set, the resistance signal values in certain temporal intervals to measure and store.

D. h., die aktuelle zeitliche Änderung entspricht der Veränderung des Widerstandswertes des Heizelements im vom aktuellen Messzeitpunkt aus betrachteten zurückliegenden Zeitabschnitt zwischen zwei Messzeitpunkten. Damit kann die benötigte Auslösung bei den zu ermittelnden Änderungen über die Einstellung der Länge des Zeitabschnitts zwischen zwei Messzeitpunkten angepasst werden. Selbstverständlich ist auch eine, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert adaptive Einstellung der Länge des Zeitabschnitts zwischen zwei Messzeitpunkten möglich.D. h., the current time change corresponds to the change the resistance value of the heating element in the current measuring time from considered past Period of time between two measuring times. Thus, the required release at the changes to be determined via the Setting the length be adapted to the period between two measurement times. Of course is also an adaptive as explained in the context of the method Setting the length the time interval between two measuring times possible.

In einer Weiterbildung ist die Steuereinheit zusätzlich eingerichtet, auch die ermittelten zeitlichen Änderungen des Widerstandssignalwerts in einem dafür vorgesehenen Bereich des oder in einem separaten Speicher zu speichern und weiter eine zeitliche Änderung der Änderung des Widerstandswerts des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelements zu ermittlen. Somit kann die Steuereinheit weiter eingerichtet werden, besondere Punkte im zeitlichen Verlauf der erfassten Widerstandssignalwerte basierend auf der oder den ermittelten Änderungen des Widerstandssignalwerts sowie der zeitlichen Änderung der Änderung des Widerstandssignalwerts zu ermitteln. Solche besonderen Punkte können lokale Maxima bzw. Minima sowie Sattel- und Wendepunkte im zeitlichen Verlauf des Widerstandssignals sein.In In a further development, the control unit is additionally set up, including the determined changes over time of the resistance signal value in a designated area of the or to save in a separate memory and continue a temporal change the change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element to investigate. Thus, the control unit can be further set up special points in the time course of the detected resistance signal values based on the detected one or more changes in the resistance signal value as well as the temporal change the change to determine the resistance signal value. Such special points can local maxima or minima as well as saddle and turning points in temporal Be course of the resistance signal.

Wie schon im Zusammenhang mit dem Steuerverfahren angesprochen, kann in der Steuereinrichtung wenigstens jeweils ein erster und ein zweiter, einer ersten und zweiten Temperaturschwelle entsprechender Nenn-Widerstandssignalwert für jeweils eine erste und eine zweite (Temperatur-)Schaltschwelle abgelegt sein. Mit anderen Worten, in Kenntnis des für das elektrische Heizelement verwendeten Materials, insbesondere seines Temperaturbeiwerts, können die zu bestimmten Temperaturschwellen korrespondierenden Nenn-Widerstandswerte des Heizelements für die jeweilige Temperatur im Vorhinein bestimmt werden. Diese für die Auslegung der Steuereinrichtung benötigten Werte für diese Temperaturschaltschwellen können im Speicher der Steuereinrichtung bei deren Herstellung vorkonfiguriert sein; es ist aber auch möglich, an der Steuereinrichtung eine entsprechende Schnittstelle vorzusehen, insbesondere wenn ein Mikrocontroller verwendet wird. Über diese Schnittstelle ist dann eine Aktualisierung der Programmierung des Mikrocontrollers und/oder Änderungen in den Einstellungen wie die Schaltschwellen beispielsweise aufgrund besonderer Umstände in der jeweiligen Anwendung (Applikation) des Heizsystems möglich. So ist beispielsweise der im Zusammenhang mit dem Verfahren genannte Vorteil realisierbar, nur ein Standardheizelement zu fertigen, wobei dessen Leistungsabgabe mittels der Steuereinrichtung bzw. des in der Steuereinrichtung realisierten Steuerverfahrens an die jeweiligen Anforderungen des Anwendung angepasst wird.As already mentioned in connection with the tax procedure, can in the control device at least one first and one second, a first and second temperature threshold corresponding nominal resistance signal value for each stored a first and a second (temperature) switching threshold be. In other words, in the knowledge of the for the electric heating element used material, in particular its temperature coefficient, the Nominal resistance values corresponding to specific temperature thresholds of the heating element for the respective temperature can be determined in advance. This for the design the control device needed Values for These temperature switching thresholds can be stored in the memory of the control device be preconfigured in their preparation; but it is also possible to provide the control device with a corresponding interface, especially when a microcontroller is used. About these Interface is then an update of the programming of the Microcontroller and / or changes in the settings such as the switching thresholds, for example due to special circumstances possible in the respective application (application) of the heating system. So is for example the one mentioned in connection with the method Advantage feasible to produce only a standard heating element, wherein its power output by means of the control device or the in the control device implemented control method to the respective Requirements of the application is adjusted.

In der Ausführung der Steuervorrichtung kann weiter im Speicher auch ein Nenn-Kaltwiderstandssignalwert abgelegt sein, wobei die Steuereinheit dann eingerichtet ist, unmittelbar nach dem Einschalten des elektrischen Heizsystems einen IST-Kaltwiderstandssignalwert des Heizelements zu messen. Der wenigstens erste und zweite Nenn-Widerstandssignalwert für die vorstehend erläuterten Schaltschwellen kann dann mittels eines Verhältnis aus dem IST-Kaltwiderstandssignalwert und dem Nenn-Kaltwiderstandssignalwert angepasst werden. Damit lassen sich wie oben bereits erläutert Herstellungstoleranzen des Heizelements kompensieren.In the execution the controller may also further include in the memory a nominal cold resistance signal value be stored, the control unit is then set up, immediately after switching on the electric heating system an actual cold resistance signal value of the heating element. The at least first and second nominal resistance signal values for the explained above Switching thresholds can then be determined by means of a ratio of the actual cold resistance signal value and the rated cold resistance signal value. Leave it as already explained above Compensate manufacturing tolerances of the heating element.

In einer Weiterbildung ist zusätzlich zu der ersten und zweiten Schaltschwelle oder alternativ (als Weiterbildung der Minimalausführung) zur Reduktion der mittleren, d. h. durschnittlichen, Heizleitertemperatur des Heizelements optional eine weitere (bzw. dritte) Schaltschwelle im Speicher abgelegt. Diese dritte Schaltschwelle liegt in einem vorbestimmten Absand unter dem jeweiligen Nennwiderstand bei dem das Heizelement seine benötigte Nennheizleitung abgibt, sodass durch eine entsprechend gesteuerte frühere Abschaltung im Normalbetrieb die gewünschte Reduktion der mittleren Heizleitertemperatur erzielt wird, wodurch eine Verlängerung der Lebensdauer des Heizelements erreicht wird.In a further education is additional to the first and second switching threshold or alternatively (as a development the minimal version) to reduce the mean, d. H. average, heating conductor temperature of the heating element optionally a further (or third) switching threshold stored in memory. This third switching threshold lies in one predetermined Absand under the respective nominal resistance in the the heating element needed its Nominal heating line outputs, so by a correspondingly controlled earlier Shutdown in normal operation the desired reduction of the average Heat conductor temperature is achieved, creating an extension the service life of the heating element is achieved.

In einer besonderen Ausführungsform ist die Steuereinheit weiter eingerichtet, die zeitliche Änderung des Widerstandssignalwerts wenigstens in eine Klasse „HOCH" oder eine Klasse „NIEDRIG" zu klassifizieren. In der Steuereinheit ist dann ein Regelwerk bzw. ein System aus jeweils einen Betriebszustand des Heizsystems definierenden Bedingungen abgelegt, anhand derer die Steuereinheit den Betriebszustand erkennen kann und so ein jeweils festgelegtes Steuersignal abgibt. Mit anderen Worten, die klassifizierten Änderungen der Widerstandssignalwerte und der jeweils aktuelle Widerstandssignalwert werden herangezogen, um auf den aktuellen Betriebszustand des Heizsystems zu schließen und eine dem Betriebszustand zugeordnete Steuermaßnahme auszulösen.In a particular embodiment, the control unit is further configured to classify the temporal change of the resistance signal value at least into a class "HIGH" or a class "LOW". In the control unit, a set of rules or a system of each one operating state of the heating system defining conditions is then stored, based on which the control unit can detect the operating condition and so emits a respective set control signal. In other words, the classified changes of the resistance signal values and the respective current resistance signal value are used to to close the current operating state of the heating system and to trigger a control measure assigned to the operating state.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel der Steuereinheit ist folgendes Regelsystem definiert. Die Steuereinheit gibt aus:
ein Steuersignal zum Einschalten des Heizsystems, wenn der aktuelle Widerstandswert unter der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „HOCH" liegt;
ein Steuersignal zum Einschalten des Heizsystems, wenn der aktuelle Widerstandswert unter der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „NIEDRIG" liegt;
ein Steuersignal zum Ausschalten des Heizsystems, wenn der aktuelle Widerstandswert über der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „NIEDRIG" liegt;
ein Steuersignal zum Ausschalten des Heizsystems, wenn der aktuelle Widerstandswert über der ersten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „Hoch" liegt. und
ein Steuersignal zum Ausschalten des Heizsystems, wenn der aktuelle Widerstandswert über der zweiten Schaltschwelle liegt und die aktuelle Änderung des Widerstandswerts in der Klasse „HOCH" liegt und ein erneutes Einschalten des Heizsystems verhindert wird.In a specific embodiment of the control unit, the following control system is defined. The control unit outputs:
a control signal for turning on the heating system when the current resistance value is below the first threshold and the current change in the resistance value is in the "HIGH"class;
a control signal for turning on the heating system when the current resistance value is below the first threshold and the current change in the resistance value is in the "LOW"class;
a control signal for turning off the heating system when the current resistance value is above the first threshold and the current change in the resistance value is in the "LOW"class;
a control signal for switching off the heating system if the current resistance value is above the first switching threshold and the current change in the resistance value is in the "high" class
a control signal for turning off the heating system when the current resistance value is above the second switching threshold and the current change in the resistance value is in the "HIGH" class and preventing the heating system from being turned on again.

Das Grundprinzip bzw. die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht demnach darin, wenigstens die zeitliche Veränderung des Widerstandswertes eines Heizleiters eines elektrischen Heizsystems zu erfassen und daraus auf verschiedene Betriebszustände des Heizelementes in der konkreten Anwendung zu schließen. So kann mit der hier vorgeschlagenen Steuereinrichtung bzw. dem Steuerverfahren besonders einfach eine Regelung und/oder Sicherung eines Heizsystems erreicht werden.The Basic principle or the idea underlying the invention is therefore, at least the temporal change of the resistance value to detect a heat conductor of an electric heating system and from this to different operating states of the heating element in the close concrete application. Thus, with the control device proposed here or the Control method particularly simple regulation and / or security a heating system can be achieved.

In Weiterbildungen des Grundprinzips können auch Ableitungen des sich zeitlich verändernden Widerstandswertes nach der Zeit höheren Grads ermittelt und für eine Erkennung des Betriebszustandes des Heizsystems herangezogen bzw. zur Ermittlung der richtigen Steuerung für das Heizsystem verwendet.In Further developments of the basic principle can also be derivations of the changing over time Resistance value determined by the time of higher degree and for detection the operating state of the heating system used or for determination the right controller for the heating system used.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren erläutert. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass sich die in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels verwendeten Begriffe „links", „rechts", „unten" und „oben" auf die jeweilige Zeichnungsfigur mit normal lesbaren Bezugszeichen und Figurenbezeichnungen beziehen. Hierbei ist:Further advantageous embodiments and an embodiment of the present invention Invention will be described below in conjunction with the drawing figures explained. In this context, it should be noted that in the description of the embodiment used terms "left", "right", "bottom" and "top" on the respective Drawing figure with normal readable reference numerals and figure names Respectively. Here is:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für ein elektrisches Heizsystem; 1 a simplified block diagram of a control device according to the invention for an electric heating system;

2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens für ein elektrisches Heizsystem; 2 a flow chart of a control method according to the invention for an electric heating system;

3 ein Flussdiagramm, mit dem das Flussdiagramm der 2 ergänzt werden kann; 3 a flow chart with which the flowchart of 2 can be supplemented;

4 ein Diagram mit zwei beispielhaften zeitlichen Verläufen für den Widerstandwert eines elektrischen Heizelements im Zusammenhang mit einer Minimalausführung des Verfahrens bzw. der Steuereinrichtung; und 4 a diagram with two exemplary time profiles for the resistance value of an electric heating element in connection with a minimum execution of the method or the control device; and

5 ein Diagram mit zwei beispielhaften zeitlichen Verläufen für den Widerstandwert eines elektrischen Heizelements im Zusammenhang mit einer Weiterbildung des Verfahrens bzw. der Steuereinrichtung. 5 a diagram with two exemplary time courses for the resistance value of an electric heating element in connection with a development of the method or the control device.

Ausführungsbeispieleembodiments

1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für ein elektrisches Heizsystem. Es sei vorausgeschickt, dass die hier in einzelnen Blöcken zusammengefassten Funktionen bei einer Umsetzung in die Praxis auch in weitere Einheiten aufgespalten bzw. weiter zusammenfasst wer den können. Die hier gewählte Darstellung orientiert sich daher im Wesentlichen an den benötigten Funktionen und beabsichtigt nicht, die vorliegende Erfindung auf die dargestellte Blockaufteilung zu beschränken. 1 shows a simplified block diagram for an inventive control device for an electric heating system. It should be said that the functions summarized here in individual blocks, when put into practice, can also be split into further units or further summarized. The representation chosen here is therefore essentially oriented to the required functions and does not intend to limit the present invention to the illustrated block layout.

Ein elektrisches Heizelement 10 wird von einer elektrischen Energieversorgung 20 im Betrieb mit elektrischer Energie versorgt, d. h. mit einer Spannung U(t) und einem hierzu gem. dem ohmschen Gesetz korrespondierenden elektrischen Strom I(t). Dabei kann es sich bei der elektrischen Spannung (bzw. Strom) um eine Gleichgröße (direct current, DC) oder eine Wechselgröße (alternating current, AC) handeln. Die Energieversorgung 20 kann in dem elektrischen Heizelement 10 entweder einen vorbestimmten eklektischen Strom einprägen oder eine vorbestimmte elektrische Spannung aufprägen. Die zu einem Zeitpunkt t im elektrischen Heizelement 10 umgesetzte elektrische Leistung P(t) entspricht dem Produkt aus der Spannung U(t) und dem Strom I(t).An electric heating element 10 is from an electrical power supply 20 in operation with elek supplied with tric energy, ie with a voltage U (t) and a gem. the ohmic law corresponding electric current I (t). In this case, the electrical voltage (or current) can be a direct variable (DC) or an alternating current (AC). The energy supply 20 can in the electric heating element 10 either impress a predetermined eclectic current or impose a predetermined voltage. The at a time t in the electric heating element 10 converted electrical power P (t) corresponds to the product of the voltage U (t) and the current I (t).

Eine-Messeinrichtung 15 ist mit dem elektrischen Heizelement 10 so verschaltet, dass die Messeinrichtung 15 für jeden beliebigen Zeitpunkt t_x den aktuellen ohmschen Widerstand R(t_x) des elektrischen Heizelements 10 messen bzw. ermitteln kann. Ein dem aktuellen ohmschen Widerstand des elektrischen Heizelements 10 entsprechendes Widerstandssignal wird von der Messeinrichtung 15 an eine Steuereinheit 100 geliefert.A measuring device 15 is with the electric heating element 10 so interconnected that the measuring device 15 for any given time t _x the current ohmic resistance R (t _x ) of the electric heating element 10 can measure or determine. A the current ohmic resistance of the electric heating element 10 corresponding resistance signal is from the measuring device 15 to a control unit 100 delivered.

Die Steuereinheit 100 kann ein Mikrocontroller oder einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis sein, wobei der Mikrocontroller mittels eines spezifischen (Software-)Programms konfiguriert ist, mit dem das Steuerungsverfahren der Erfindung umgesetzt wird. Mit anderen Worten, das hier vorgeschlagene Verfahren kann mit einer programmgesteuerten Recheneinheit, wie dem vorgeschlagen Mikrocontroller, nahezu vollständig in Software implementiert werden. Natürlich kann – insbesondere die als Minimalausführung bezeichnete Sicherungsfunktion – die gesamte Anordnung, d. h. die Funktionen der Blöcke 15, 20 und 100, auch vollständig als ein diskreter Schaltkreis aufgebaut sein.The control unit 100 may be a microcontroller or an application specific integrated circuit, the microcontroller being configured by means of a specific (software) program with which the control method of the invention is implemented. In other words, the method proposed here can be implemented almost completely in software with a program-controlled computing unit, such as the proposed microcontroller. Of course, in particular the security function designated as minimum execution, the entire arrangement, ie the functions of the blocks 15 . 20 and 100 also be constructed completely as a discrete circuit.

Alternativ kann anstelle einer programmgesteuerten Recheneinheit, wie dem Mikrocontroller auch der o. g. anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis (ASIC) verwendet werden. Dabei werden die für die Steuereinheit benötigten Funktionen als festverdrahtete Logik in Form einer elektronischen Schaltung realisiert.alternative may instead of a program-controlled computing unit, such as the microcontroller also the o. g. Application Specific Integrated Circuit (ASIC) be used. In doing so, the functions required for the control unit become as hard-wired logic in the form of an electronic circuit realized.

Die Steuereinheit 100 besitzt einen Arbeitsspeicher 110, in dem die Steuereinheit von der Messeinrichtung 15 stammende Messwerte und von der Steuereinheit 100 selbst ermittelte Werte für beispielsweise die Änderungen des elektrischen Widerstands R(t) des Heizelements speichern kann. Weiter gibt es in der Steuereinheit 100 einen Speicher(bereich), in dem in den Ausführungen mit vorbestimmten Temperaturschwellen, die zu der jeweiligen Temperatur korrespondierende Nenn-Widerstandswerte des Heizelements abgelegt sind.The control unit 100 has a memory 110 in which the control unit of the measuring device 15 derived measurements and from the control unit 100 self-determined values for, for example, the changes in the electrical resistance R (t) of the heating element can store. Next there is in the control unit 100 a memory (area) in which, in the embodiments with predetermined temperature thresholds, the nominal resistance values of the heating element corresponding to the respective temperature are stored.

Der Speicher 110 kann aus einem Arbeitsbereich mit der Möglichkeit des Schreib- und Lesezugriffs und einem Festwertspeicher nur für Lesezugriff, in dem die voreingestellten Werte und bei der Mikrocontrollerausführung die Programmbefehle für den Controller abgelegt sind, bestehen. Selbstverständlich kann der Speicher 110 auch getrennt von der Steuereinheit 100 ausgeführt sein.The memory 110 can consist of a work area with the possibility of read and write access and a read-only read-only memory in which the preset values and in the microcontroller execution the program instructions for the controller are stored. Of course, the memory can 110 also separated from the control unit 100 be executed.

Die Steuereinheit 100 kann eine Schnittstelle S aufweisen, über die von Außen auf die im Nur-Lese-Speicher abgelegten Voreinstellungen und ändernd zugegriffen werden kann bzw. über die im Fall eines Mikrocontrollers auch Änderungen der Programmierung möglich sind. Auf eine Schnittstelle kann unter Aufgabe der Änderungsoption auch verzichtet werden.The control unit 100 may have an interface S, which can be accessed from the outside to the stored in read-only memory presets and changing or over which in the case of a microcontroller and changes in programming are possible. An interface can also be omitted by abandoning the change option.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass moderne Geräte, wie zum Beispiel Wäschewaschmaschinen, Geschirrspüler, Kaffeemaschinen und andere, häufig bereits über intelligente Programmsteuereinrichtungen verfügen. In diesem Fall ist eine vollständige Integration der hier im Zusammenhang mit der Steuereinheit erläuterten Funktionen in eine derartige (bereits vorhandene) Programmsteuereinrichtung denkbar. Mit anderen Worten, das hier vorgeschlagene Steuerverfahren wäre in ein in der jeweiligen Anwendung vorhandene programmierbare Steuereinrichtung zu integrieren.It It should be noted at this point that modern devices, such as for example laundry washing machines, Dishwasher, Coffee makers and others, often already over intelligent program controllers. In this case, one is full Integration of the explained here in connection with the control unit Functions in such (already existing) program control device conceivable. In other words, the control method proposed here would be in a programmable controller provided in the respective application to integrate.

Gemäß einer bestimmten Ausführung wird weiter vorgeschlagen, dass unmittelbar nach dem Einschalten, d. h. dem hier als Zeitpunkt t₀ bezeichnet Einschaltzeitpunkt, der aktuelle Kaltwiderstand R_k(t₀) des Heizelements gemessen wird. Basierend auf diesem gemessenen Einschaltkaltwiderstand R_k(t₀) können die im Speicher abgelegten Schaltschwellen angepasst werden. Hierzu ist im Speicher dann weiter ein Nenn-Kaltwiderstandswert R_nenn,k abgelegt. Zur Anpassung werden die vorbestimmten Schaltschwellen, z. B. eine erste und zweite Schaltschwelle, mit einem Quotienten aus dem gemessenen Einschaltkaltwiderstand R_k(t₀) und dem Nenn-Kaltwiderstandswert R_nenn,k multipliziert, d. h. mit R_k(t₀)/R_nenn,k.According to a specific embodiment, it is further proposed that the instantaneous cold resistance R _k (t ₀ ) of the heating element is measured immediately after switching on, ie the switching-on time designated here as time t ₀ . Based on this measured switch-on cold resistance R _k (t ₀ ), the switching thresholds stored in the memory can be adapted. For this purpose, a rated cold resistance value Rnenn _{, k is then} stored in the memory. For adaptation, the predetermined switching thresholds, z. B. a first and second switching threshold, with a quotient of the measured Einschaltkaltwiderstand R _k (t ₀ ) and the rated cold resistance value R _{nenn, k} multiplied, ie with R _k (t ₀ ) / R _{nenn, k} .

Zur sicheren Erkennung des jeweiligen Betriebszustands des Heizsystems bzw. des Heizelements wird neben den o. g. Schaltschwellen vorgeschlagen, auch wenigsten die Änderung des Widerstands R(t) des Heizelements zu bestimmen. Wenn die zeitlichen Abstände der gemessenen Widerstandswerte R(t) hinriechend kurz gewählt werden, nähert sich die ermittelte Änderung immer mehr der tatsächlichen aktuellen Steigung der Widerstandskurve R(t) an.For reliable detection of the respective operating state of the heating system or the heating element is proposed in addition to the above switching thresholds, and at least the change of the resistance R (t) of the To determine heating element. If the time intervals of the measured resistance values R (t) are chosen to be surprisingly short, the determined change approaches more and more the actual actual slope of the resistance curve R (t).

Für eine besonders einfache Sicherungsfunktion des Heizsystems bzw. des Heizelements wird, nach einer bestimmten Verzögerungszeit nach dem Einschalten erstmalig die Änderung des Widerstands R(t) des Heizelements zu bestimmen bzw. ausgewertet. Diese einfach zu realisierende Sicherungsfunktion basiert auf der Erkenntnis, dass nach der systemabhängigen Verzögerungszeit (Anlaufzeit) bei einem Kaltstart, die Änderung des Widerstandswertes des Heizelements sich weiter stark ändert bzw. der zeitliche Widerstandverlauf weiter steil verläuft. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das zu erhitzende Medium z. B. Wasser fehlt. Das Heizelement wird dann sofort abgeschaltet, d. h. die Zufuhr elektrischer Energie von der Energieversorgung 20 gestoppt.For a particularly simple safety function of the heating system or of the heating element, the change of the resistance R (t) of the heating element is firstly determined or evaluated after a certain delay time after switching on. This easy to implement safety function is based on the finding that after the system-dependent delay time (start-up time) in a cold start, the change in the resistance of the heating element continues to change greatly or the time course of resistance continues steeply. This is the case, for example, when the medium to be heated z. B. Water is missing. The heating element is then switched off immediately, ie the supply of electrical energy from the power supply 20 stopped.

Wie bereits oben und weiter unten im Zusammenhang mit einer Anwendung erläutert wird, werden in Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Steuereinrichtung aus den Widerstandsmessungen Steueraktionen abgeleitete, beispielsweise Steuer- bzw. Reglerbetrieb oder Sicherungsfunktion. Dabei erfolgt eine logische Verarbeitung der Lage des aktuellen Widerstandswertes R(t) zu festgelegten Schaltschwellen und der aktuellen Steigung der Widerstandskurve dR(t)/dt.As already above and below in connection with an application explained will be in further developments of the method or the control device derived from the resistance measurements control actions, for example Control or controller operation or backup function. This takes place a logical processing of the position of the current resistance value R (t) at specified thresholds and the current slope the resistance curve dR (t) / dt.

Zur Messung und unabhängigen Regelung der Mediumstemperatur bzw. zur Begrenzung der Mediumstemperatur für einen Kochschutz, kann zusätzlich auf dem Heizelement ein Temperaturerfassungselement, beispielsweise ein Widerstandselement mit negativem Temperaturbeiwert (NTC) in SMD (Surface Mounted Device) Bauform integriert werden. Dabei wird die Mediumstemperatur möglichst vom Heizleiter entkoppelt detektiert.to Measurement and independent Control of the medium temperature or to limit the medium temperature for one Cooking protection, may be additional on the heating element, a temperature detecting element, for example a resistance element with a negative temperature coefficient (NTC) in SMD (Surface Mounted Device) design can be integrated. It will the medium temperature as possible decoupled detected by the heating conductor.

Wenn die maximal zulässige Mediumstemperatur auch im Speicher der Steuereinheit 100 abgelegt ist, kann diese im Falle der Verwendung eines Mikrokontrollers per Software eingestellt werden können. Auch bei einem ASIC könnten verschiedene Werte für die maximal zulässige Mediumstemperatur vorgesehen werden.If the maximum permissible medium temperature also in the memory of the control unit 100 stored, this can be set by software when using a microcontroller. Even with an ASIC, different values for the maximum permissible medium temperature could be provided.

Die Steuereinheit 100 gibt ein zur Steuerung bzw. Regelung des elektrischen Heizelements 10 ein Steuersignal an die elektrische Energieversorgung 20 aus. Das Steuersignal besteht im einfachsten Fall aus einem Schaltsignal zum Ein- bzw. Ausschalten der elektrischen Energieversorgung 20, kann aber auch in einer abgestuften oder stufenlosen Steuerung der von der elektrischen Energieversorgung 20 an das elektrische Heizelement 10 gelieferten elektrischen Leistung bestehen.The control unit 100 indicates a control or regulation of the electric heating element 10 a control signal to the electrical power supply 20 out. The control signal consists in the simplest case of a switching signal for switching on and off of the electrical power supply 20 but may also be in a stepped or stepless control of the electrical power supply 20 to the electric heating element 10 consist of electrical power supplied.

2 zeigt ein Flussdiagramm für den Steuerungsablauf für ein elektrisches Heizelement 10 der 1 nach einer Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens. Das Verfahren beginnt bei „START" mit dem Einschalten der gesamten Anordnung. 2 shows a flowchart for the control sequence for an electric heating element 10 of the 1 according to a development of the control method proposed here. The procedure begins with "START" with the switching on of the entire arrangement.

In Block S100 wird unmittelbar nach dem Einschalten der Einschaltkaltwiderstand des elektrischen Heizelements gemessen und zur weiteren Verwendung im Arbeitsspeicher des Speichers 110 der Steuereinheit 100 abgelegt.In block S100, the switch-on cold resistance of the electric heating element is measured immediately after switching on and for further use in the working memory of the memory 110 the control unit 100 stored.

Anschließend werden in Block S200 die im Speicher 110 der Steuereinheit 100 fest gespeicherten vorbestimmten Schaltschwelle SS1 und SS2 angepasst. Hierzu wird für die erste Schaltschwelle SS1 der gemessene Einschaltkaltwiderstand R_{kalt_IST} mit einem ersten Temperaturfaktor T_fmax1 multipliziert, der aus dem Verhältnis des Nenn-Widerstandswerts R_{warm_max1} des Heizelements und dem Nenn-Kaltwiderstandswert R_kalt des Heizelements besteht. Entsprechend wird für die zweite Schaltschwelle SS2 der gemessene Einschaltkaltwiderstand R_{kalt_IST} mit einem zweiten Temperaturfaktor T_fmax2 multipliziert, der aus dem Verhältnis des Nenn-Widerstandswerts R_{warm_max1} des Heizelements und dem Nenn-Kaltwiderstandswert R_kalt des Heizelements besteht.Subsequently, in block S200, the memory 110 the control unit 100 fixed stored predetermined switching threshold SS1 and SS2 adjusted. For this purpose the measured Einschaltkaltwiderstand R _{kalt_IST} is multiplied by a first temperature factor T _fmax1 for the first switching threshold SS1, the _{warm_max1} of the heating element and the nominal cold resistance value R is calculated from the ratio of the nominal resistance value R of the heating element _cold. According to the measured Einschaltkaltwiderstand R _{kalt_IST} with a second temperature factor T _fmax2 is multiplied for the second switching threshold SS2, the _{warm_max1} of the heating element and the nominal cold resistance value R is calculated from the ratio of the nominal resistance value R of the heating element _cold.

In Block S300 wird für die Erkennung des aktuellen Betriebszustands neben der angepassten ersten und zweiten Schaltschwelle die aktuelle Steigung der Widerstandskurve dR(t)/dt ermittelt. Hierzu leitet die Steuereinheit 100 aus wenigstens zwei zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Widerstandswerten, z. B. R(t_x-1) und R(t_x), die Änderung des Widerstandswerts ΔR(t_x) als Differenz der Widerstandswerte ab, d. h. ΔR(tx) = R(tx) – R(tx-1). In block S300, the actual slope of the resistance curve dR (t) / dt is determined in addition to the adjusted first and second switching threshold for the detection of the current operating state. For this purpose, the control unit directs 100 from at least two detected at different times resistance values, eg. B. R (t _x-1 ) and R (t _x ), the change of the resistance value .DELTA.R (t _x ) as the difference of the resistance values, ie .DELTA.R (t x ) = R (t x ) - R (t x-1 ).

Dabei stehen t_x für den aktuellen Zeitpunkt und t_x-1 für den eine Abtast- bzw. Zeitauflösungseinheit zurückliegenden Zeitpunkt; demnach nähert sich der Differenzialquotient ΔR(tx)/(tx – tx-1) = R(tx) – R(tx-1)/(tx – tx-1)für kleiner werdende Abtastzeiteinheiten der Ableitung dR(t_x)/dt des zeitlichen Verlaufs des Widerstandwertes des elektrischen Heizelements zum aktuellen Zeitpunkt t_x.In this case, t _{x is} for the current time and t _{x-1 is} for the one sampling or time resolution unit past time; Accordingly, the differential quotient approaches .DELTA.R (t x ) / (T x - t x-1 ) = R (t x ) - R (t x-1 ) / (T x - t x-1 ) for decreasing sampling time units of the derivative dR (t _x ) / dt of the time course of the resistance value of the electric heating element at the current time t _x .

Die ermittelten Werte für die Steigung können noch in „HOCH" oder „NIEDRIG" klassifiziert werden, wobei in diesem einfachsten Fall im Wesentlichen nur ein Vergleich mit einem entsprechenden (auch im Speicher abgelten oder programmierten) Schwellwert erfolgen muss, ab dem ein ermittelter Werte für die aktuelle Steigung als hoch bzw. darunter als niedrig angesehen wird.The determined values for the slope can still classified as "HIGH" or "LOW", where in this simplest case, essentially just a comparison with a corresponding (also stored in memory or programmed) Threshold must be made, starting from a determined values for the current slope is considered high or lower than low.

Nach Block S300 folgt der Block S400, in dem die Erkennung des aktuellen Betriebszustandes des Heizelements 10 anhand des aktuellen Widerstandswertes R(t_x) und der aktuellen Steigung des zeitlichen Verlaufs des Widerstandwertes dR(t_x)/dt erfolgt. Weiter wird entsprechend dem erkannten Betriebszustand eine passende vorbestimmte Steueraktion, d. h. das entsprechende Steuersignal, ausgegeben.After block S300, block S400 follows, in which the detection of the current operating state of the heating element 10 based on the current resistance value R (t _x ) and the current slope of the time course of the resistance value dR (t _x ) / dt done. Furthermore, according to the recognized operating state, a suitable predetermined control action, ie the corresponding control signal, is output.

In Block C100 wird überprüft, ob dR(t_x)/dt hoch ist und R(t_x) kleiner R_k·T_fmax1 ist bzw. ob dR(t_x)/dt niedrig ist und R(t_x) kleiner R_k·T_fmax1; d. h., in diesem Beispiel ist es bei dieser Regel unerheblich, welchen Wert die Steigung aufweist. Wenn eine der beiden genannten Bedingungen erfüllt ist, wird in Block A1 ein Steuersignal zum Einschalten des Heizelements zur Steuerung der Energieversorgung 20 erzeugt. In Block C100 wird im Wesentlichen das Heizelement im Normalbetrieb angeschaltet, wenn die Temperatur unter der ersten festgelegten Temperaturschwelle liegt.In block C100, it is checked whether dR (t _x ) / dt is high and R (t _x ) is smaller than R _k × T _fmax1 or dR (t _× ) / dt is low and R (t _× ) is smaller than R _k · T _fmax1 ; that is, in this example, it is irrelevant in this rule what value the slope has. If one of the two mentioned conditions is met, in block A1 a control signal for switching on the heating element for controlling the power supply 20 generated. In block C100, the heating element is essentially turned on in normal operation when the temperature is below the first predetermined temperature threshold.

In Block C200 wird überprüft, dR(t_x)/dt hoch ist und ob R(t_x) kleiner R_k·T_fmax2 ist. Mit anderen Worten, es wird geprüft, ob ein starker bzw. hoher Anstieg des Widerstandswertes erfolgt und bereits die zweite Schaltschwelle überschritten wurde. Wenn die genannte Bedingung erfüllt ist, wird in Block A2 ein Steuersignal zum Ausschalten der Energieversorgung 20 für das Heizelement 10 ausgegeben und zusätzlich ein Wiedereinschalten verhindert, d. h. das Steuerverfahren wird bei „ENDE" abgebrochen. Im Block C200 wird ein unsachgemäßer Betrieb erkannt und das Heizelement zur Sicherheit abgeschaltet und entsprechend nicht mehr angeschaltet.In block C200, it is checked that dR (t _x ) / dt is high and that R (t _x ) is smaller than R _k · T _fmax2 . In other words, it is checked whether a strong or high increase of the resistance value takes place and already the second switching threshold has been exceeded. When the above condition is satisfied, a control signal for turning off the power supply is output in block A2 20 for the heating element 10 In addition, the control process is aborted at "END." In block C200, improper operation is detected and the heating element is shut off for safety and no longer turned on.

In Block C300 wird überprüft, dR(t_x)/dt niedrig ist und ob R(t_x) kleiner R_k·T_fmax1 ist. Mit anderen Worten, es wird geprüft, ob ein geringer bzw. nieriger Anstieg des Widerstandswertes erfolgte und ob die erste Schaltschwelle überschritten wurde. Wenn die genannte Bedingung erfüllt ist, wird in Block A3 ein Steuersignal zum Ausschalten der Energieversorgung 20 für das Heizelement 10 ausgegeben und das Verfahren geht weiter zu Block S300 und beginnt dort mit einem neuen Messzyklus.In block C300 it is checked that dR (t _x ) / dt is low and that R (t _x ) is less than R _k * T _fmax1 . In other words, it is checked whether there was a small or nieriger increase in the resistance value and whether the first switching threshold has been exceeded. When the above condition is met, a control signal for turning off the power supply is set in block A3 20 for the heating element 10 and the process continues to block S300 where it begins a new measurement cycle.

Sollte in Block S400 keine der festgelegten Regeln erfüllt sein, geht das Verfahren auch wieder zu Block S300 und beginnt dort mit einem neuen Messzyklus.Should In block S400 none of the defined rules are met, the procedure goes also back to block S300 and start there with a new measurement cycle.

Selbstverständlich lässt sich das dargestellte Verfahren noch weiter untergliedern bzw. ergänzen. So kann es um die o. g. Ermittlung höherer Ableitungen von R(t) nach der Zeit erweitert werden, um beispielsweise besondere Punkte im Widerstandsverlauf zu erkennen, und entsprechende Steuerstrategien können darauf basierend festgelegt werden.Of course you can further subdivide or supplement the illustrated method. So can it is about the o. g. Determination of higher Derivatives of R (t) can be extended after the time, for example, special Recognize points in the resistance process, and appropriate control strategies can based on this.

In der 3 sind die Flussdiagrammblöcke dargestellt, um die das Flussdiagramm der 2 ergänzt werden kann, um die vorgeschlagene Minimalsicherungsfunktion mit dem oben beschriebenen Verfahren zu erweiteren. Hierzu wird zwischen Block S300 und C100 das Flussdiagram der 3 integriert. Der mit S350 gekennzeichnete Block enthält eine Zeitschleife, wobei in Block C25 geprüft wird, ob die beschriebene systemabhängige Anlaufzeit Ta des Heizsystems verstrichen ist oder nicht. Solange Ta < t ist, kehr der Ablauf wider zu Block S300 zurück. Ist die festgelegte Verzögerungszeit bzw. Anlaufzeit Ta um, geht der Ablauf weiter zu Block C50, in dem Überprüft wird, ob die aktuelle zeitliche Änderung des Widerstandswertes R(t) hoch oder niedrig ist.In the 3 The flowchart blocks to which the flowchart of FIG 2 can be supplemented to extend the proposed minimum backup function with the method described above. For this, between block S300 and C100, the flowchart of 3 integrated. The block marked S350 contains a time loop, in which it is checked in block C25 whether the described system-dependent start-up time Ta of the heating system has elapsed or not. As long as Ta <t, the process returns to block S300. If the specified delay time Ta is around, the process proceeds to block C50, in which it is checked whether the current time change of the resistance value R (t) is high or low.

Im Falle, das dR(t)/dt als hoch bewerte wird, bedeutet dies, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Medium im Heizsystem ist, demnach ein Störbetrieb vorliegt. In diesem Fall geht der Ablauf zu Block A0. In Block A0 wird ein Steuersignal zum Ausschalten der Energieversorgung 20 für das Heizelement 10 ausge geben und zusätzlich ein Wiedereinschalten verhindert, d. h. das Steuerverfahren wird bei „ENDE" abgebrochen.In the case that dR (t) / dt is considered high, this means that with high probability no medium in the heating system, therefore a faulty operation is present. In this case, the flow goes to block A0. In block A0, a control signal for turning off the power supply 20 for the heating element 10 output and additionally prevents a restart, ie the control process is aborted at "END".

Im Falle, das dR(t)/dt als niedrig bewerte wird, bedeutet dies, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit ausreichend Medium im Heizsystem vorhanden ist, demnach zunächst von einem Normalbetrieb auszugehen ist. In diesem Fall geht der Ablauf zu Block S400 und der Ablauf setzt sich wie zur 2 beschrieben fort.In the case that dR (t) / dt is rated as low, this means that there is a high probability of sufficient medium in the heating system, which is therefore initially assumed to be normal operation. In this case, the process goes to block S400 and the process continues as for 2 described further.

Der im Zusammenhang mit der 3 beschriebene Ablauf kann auch als eigenständige Anlaufsicherungsfunktion bzw. Minimalsicherungsfunktion verwendet werden. In diesem Fall fehlt der Block S400 des Flussdigramms der 2 bzw. anstelle dessen sind andere Funktions- oder Steuerabläufe an. Insbesondere, können sämtliche herkömmliche Heizsysteme, bei denen die Möglichkeit besteht, dass ein Anlauf ohne Medium erfolgt, um diese Sicherungsfunktion ergänzt werden. Damit lassen sich schlimmer Schäden durch Überhitzung aus einem solchen Grund nahezu auschließen.The one related to the 3 described procedure can also be used as an independent start-up protection function or minimum backup function. In this case, the block S400 of the flowchart of the 2 or instead, other functional or control processes are on. In particular, all conventional heating systems, where there is the possibility that a start-up without medium takes place, can be supplemented by this safety function. This can almost exclude worse damage due to overheating for such a reason.

Anhand der 4 wird jetzt am Beispiel von zwei typischen zeitlichen Widerstandsverläufen, nämlich einmal beim Betrieb des Heizelements mit Medium (durchgezogene Linie) und einmal beim Betrieb des Heizelements ohne Medium (gestrichelte Linie), die Grundidee des hier vorgestellten Steuerverfahrens dargestellt. Dabei ist in 4 sehr schön zu erkennen, das nach einer systemabhängigen „Anlaufphase", die in 4 mit Verzögerungszeit bezeichnet ist, der Verlauf der beiden Widerstandskurven unterschiedlich ist. Dazu zeigt 4 noch den Verlauf der Kurven in einer Phase „Normalbetrieb", die im Wesentlichen für die durchgezogene Linie steht. Weiter ist noch eine sich an den Normalbetrieb anschließende Störphase „Auskochen" gezeigt.Based on 4 is now the example of two typical time resistance curves, namely once when operating the heating element with medium (solid line) and once during operation of the heating element without medium (dashed line), the basic idea of the control method presented here. It is in 4 very nice to recognize that after a system dependent "start - up phase" in 4 with delay time, the course of the two resistance curves is different. In addition shows 4 nor the course of the curves in a phase "normal operation", which stands essentially for the solid line.Next is still a subsequent to the normal operation disturbance phase "Auskochen" shown.

So verläuft die zeitliche Kurve des Widerstandsverlaufs mit Medium ab dem Ende der Verzögerungszeit (in 4 etwa 2 sek.) fast flach, d. h. die Steigung dR(t)/dt ist „niedrig", während im Falle des fehlenden Arbeitsmediums, die Änderung des zeitlichen Verlaufs steil, d. h. dR(t)/dt ist „hoch", weiterverläuft – zumindest im Vergleich zum Betrieb mit Medium. Somit kann einfach durch Detektion der aktu ellen Steigung des Widerstandsverlaufes nach einer vorbestimmten Zeitdauer (der Verzögerungszeit) ein möglicher Störfall (Trockenlauf) erkannt werden und das Heizelement abgeschaltet und ggf. gegen Wiedereinschalten gesichert werden.Thus, the time curve of the resistance curve with medium runs from the end of the delay time (in 4 about 2 sec.) is almost flat, ie the gradient dR (t) / dt is "low", while in the case of the missing working medium, the change in the time course is steep, ie dR (t) / dt is "high", at least in comparison to medium operation. Thus, simply by detecting the aktu ellen slope of the resistance curve after a predetermined period of time (the delay time) a possible accident (dry running) can be detected and the heating element off and possibly secured against reconnection.

Weiter ist das hier vorgeschlagene Minimalsicherungssystem auch in der Lage einen im weiteren Verlauf auftretenden Störbetrieb wie Auskochbetrieb zu erkennen, da auch hier der zeitliche Widerstandsverlauf eine typische hohe Steigung aufweist, d. h. dR(t)/dt ist „hoch".Further is the minimal fuse system proposed here also in the Location a occurring in the further course disturbance operation such as Auskochbetrieb to recognize, since also here the temporal course of resistance one typical high slope, d. H. dR (t) / dt is "high".

Im Zusammenhang mit der 5 wird im Folgenden die Funktion der Steuereinrichtung, mit der das Steuerverfahren umgesetzt wird, für ein Heizsystem anhand zweier Verläufe für den Widerstandswert R(t) des elektrischen Heizelements in einer Anwendung erläutert. Zur besseren Darstellung wird als Beispiel eine Geschirrspülmaschine als Anwendung herangezogenen.In connection with the 5 In the following, the function of the control device, with which the control method is implemented, for a heating system will be explained with reference to two profiles for the resistance value R (t) of the electric heating element in one application. For better illustration, a dishwashing machine is used as an example.

Wie bereits oben ausführlichst erläutert, kann mit dem Steuerverfahren und der Steuereinrichtung ein Regler realisiert werden, bei dem im Prinzip die abgegebenen Steuer- bzw. Regelungssignale für das elektrische Heizelement auf der Erkennung des Betriebszustandes des Geräts der Anwendung, hier einer Geschirrspülmaschine, basieren.As already detailed above explains can with the control method and the controller a controller be realized, in which, in principle, the tax or Control signals for the electric heating element on the detection of the operating condition of the device the application, here a dishwasher based.

Zur Betriebszustandserkennung verwendet das Steuerverfahren bzw. die Steuereinrichtung Messwerte, die wenigstens aus dem erfassten aktuellen Widerstandswert R(t) des Heizelements und einer aktuellen Änderung des Widerstandswerts R(t_x) – R(t_x-1) = ΔR(t) (bzw. dR(t)/dt) des Heizelements bestehen.Used for operating state detection, the control method and the control device measured values, at least from the detected current resistance value R (t) of the heating element and a current change of the resistance R (t _x) - R (t _x-1) = .DELTA.R (t) (or dR (t) / dt) of the heating element.

Wie in den eingangs erwähnten bekannten Steuereinrichtungen werden auch wenigstens zwei Temperaturschwellen Tmax1 und Tmax2 festgelegt, wobei die erste Schwelle Tmax1 z. B. einer optimalen Arbeitstemperatur des Heizelements entsprechen kann, d. h. bei der eine schnelle Aufheizung des zu erhitzenden Arbeitsmediums erreicht wird und bei der noch keine negativen Auswirkungen auf die Umgebung des Heizelements zu befürchten sind; beim Geschirrspülma schine ist das Arbeitsmedium das Waschwasser in der Geschirrspülmaschine, wobei die Arbeitstemperatur des Arbeitsmediums vom gewähltem Programm abhängig sein kann, z. B. 55 C. Die erste Schwelle kann bespielweise hier einer Temperatur von 170 °C sein.As in the aforementioned known control devices are also at least two temperature thresholds Tmax1 and Tmax2 set, wherein the first threshold Tmax1 z. B. may correspond to an optimum working temperature of the heating element, d. H. in the rapid heating of the working medium to be heated is achieved and with no negative impact on the environment of the heating element are to be feared; Dishwasher machine is the working medium the washing water in the dishwasher, wherein the working temperature of the working medium of the selected program be dependent can, for. B. 55 C. The first threshold can record here one Temperature of 170 ° C be.

Die Mediumstemperatur kann dabei über einen von der Heizvorrichtung möglichst entkoppelten Temperatursensor erfasst werden, d. h., wenn die Arbeitstemperatur erreicht ist, schaltet die Steuereinrichtung auch das elektrische Heizelement ab.The Medium temperature can over one from the heater as possible decoupled temperature sensor are detected, d. h. when the working temperature is achieved, the control device also switches the electrical Heating element off.

Es ist aber auch denkbar, die Steuerungsvorrichtung so auszulegen, dass vom zeitlichen Verlauf des Widerstandswerts des elektrischen Heizelements auf die Mediumstemperatur geschlossen wird.It but it is also conceivable to design the control device so that of the time course of the resistance of the electric Heating element is closed to the medium temperature.

Für die hier näher diskutierte Anwendung Geschirrspülmaschine wurde folgende in Tabelle 1 dargestellte Steuer- bzw. Regelmatrix festgelegt. Erfassen Erkennen Steuern dR(t)/dt R(t) Betriebszustand Aktion hoch R(t) < R_k·Tfmax1 Einschalten Heizelement ein niedrig R(t) > R_k·Tfmax1 R(t) < R_k·Tfmax1 Normalbetrieb Heizelement aus Heizelement ein hoch R(t) > R_k·Tfmax2 Leerkochen bzw. Auskochen Heizelement aus und Wiedereinschalten nicht zulässig Tabelle 1: Beispiel für eine Regelstrategie For the dishwasher application discussed in more detail below, the following was shown in Table 1 set control matrix. To capture Detect Taxes dR (t) / dt R (t) operating condition action high R (t) <R _k * Tfmax1 turn on Heating element low R (t)> R _k · Tfmax1 R (t) <R _k · Tfmax1 normal operation Heating element from heating element on high R (t)> R _k · Tfmax2 Empty cooking or decoction Heating element off and restarting not allowed Table 1: Example of a control strategy

In der Tabelle 1 stehen im Abschnitt „Erfassen" die beiden erfassten bzw. ermittelten Größen: die aktuelle Widerstandsänderung dR(t)/dt und die Lage des aktuellen Widerstandswert R(t) zu den beiden als Widerstandsschaltschwellen, die den beiden vorbestimmten Schalttemperaturen entsprechen. Im Abschnitt „Erkennen" steht der Betriebszustand, auf den bei Vorliegen Bedingungen für die erfassten Größen geschlossen wird. Im Abschnitt „Steuern" steht die jeweils festgelegte Steueraktion.In Table 1 shows the two recorded or determined in the section "Capture" Sizes: the current resistance change dR (t) / dt and the location of the current resistance R (t) to the both as resistance switching thresholds, which are the two predetermined Switching temperatures correspond. The section "Detect" shows the operating state to which in the presence of conditions for the detected variables is closed. In the section "taxes" stands each fixed tax action.

Beispielsweise kann der letzten Zeile der Tabelle 1 entnommen werden, dass, wenn die aktuelle Änderung des Widerstands dR(t)/dt als hoch eingestuft bzw. klassifiziert wurde und der aktuelle Wert des Widerstands R(t) größer als die zweite Widerstandsschaltschwelle R_k·T_fmax2 (= Tmax2) ist, dann die Steuereinrichtung erkennt, dass beim Geschirrspülmaschine eine Störung vorliegen muss, bei der es sich höchstwahrscheinlich um Trockenlaufen oder Auskochen handelt. Für den Störbetrieb ist in der Steuereinrichtung festgelegt, dass die elektrische Heizvorrichtung auszuschalten und gegen Wiedereinschaltung zu sichern ist.For example, it can be seen from the last line of Table 1 that when the current change in resistance dR (t) / dt was classified as high and the current value of resistor R (t) is greater than the second resistance switching threshold R _k · T _fmax2 (= Tmax2), then the controller recognizes that there must be a malfunction in the dishwasher which is most likely dry running or decoction. For the fault operation is determined in the control device that the electric heater is off and secure against reclosing.

Nun werden einzelne mögliche Betriebszustände des am Beispiel der Geschirrspülmaschine im Zusammenhang mit einer jeweils möglichen Ursache besprochen und die jeweilige Reaktion bzw. Aktion der hier vorgeschlagenen Steuereinrichtung erläutert:
Im Falles eines Trockenanlauf, d. h. es befindet sich kein Wasser im Bereich der Heizvorrichtung, kommt es beim Einschalten zu einer raschen regelmäßigen Überhitzung. Dies erkennt die Steuereinrichtung als unsachgemäßen Betrieb mittels des zweiten Grenzwerts T_fmax2·R_k (Tmax2) und der entsprechenden hohen Änderung des Widerstandswerts, d. h. dR/dt. In der 5 ist dies bei der gestrichelten Widerstandskurve etwa nach 6 sek. der Fall.Now, individual possible operating states of the example of the dishwasher in connection with a respective possible cause are discussed and the respective reaction or action of the control device proposed here:
In the case of a dry start, ie there is no water in the area of the heater, there is a rapid regular overheating when switched on. This recognizes the improper operation control means as a means of the second threshold T _fmax2 · R _k (Tmax 2) and the corresponding high change of the resistance value, that dR / dt. In the 5 this is about 6 seconds at the dashed resistance curve. the case.

Wenn im Geschirrspülmaschine die Pumpe für das Arbeitsmedium ausfällt, tritt sogenanntes Auskochen auf mit rascher und möglicherweise zunächst lokaler Überhitzung des Heizelements. Auch hier erkennt die Steuereinrichtung den unsachgemäßen Betrieb anhand des zweiten Grenzwerts T_fmax2·R_k (Tmax2) und der entsprechenden hohen Änderung des Widerstandswerts, d. h. dR/dt. In der 5 ist dies bei der durchgezogenen Widerstandskurve etwa nach 14 sek. der Fall.If the pump for the working fluid fails in the dishwasher, so-called decoction occurs with rapid and possibly initially local overheating of the heating element. Again, the _controller detects the improper operation based on the second threshold T _fmax2 · R _k (Tmax2) and the corresponding high change in the resistance value, ie dR / dt. In the 5 this is at the solid resistance curve about 14 sec. the case.

Kommt es im Geschirrspülmaschine, beispielsweise aufgrund unsachgemäßer Dosierung von Reinigungszusätzen, zu einer Schaumbildung, oder wird eine kritische Füllmenge (bzgl. des Luft-Wasser-Gemisch) erreicht, oder liegt eine Verschmutzung des Heizelements vor, oder sind Siebe und/oder Sprüharme verstopft, kommt es je nach Durchfluss im Wasserkreislauf zu einer moderaten, re gelmäßigen Temperaturerhöhung des Heizleiters. Dies erkennt die Steuereinrichtung als Normalbetrieb mittels des ersten Grenzwerts T_fmax1·R_k (Tmax1) und der entsprechenden niedrigen Änderung des Widerstandswerts, d. h. dR/dt.Is it in the dishwasher, for example, due to improper dosage of cleaning additives, to foam, or is a critical capacity (with respect to the air-water mixture) achieved, or is there contamination of the heating element, or are screens and / or spray arms clogged, depending on the flow in the water cycle, a moderate, regular increase in the temperature of the heating conductor occurs. The _controller recognizes this as normal operation by means of the first limit value T _fmax1 * R _k (Tmax1) and the corresponding low change of the resistance value, ie dR / dt.

Sollte der Regler für die Arbeitsmediumstemperatur defekt sein und möglicherweise einer der vorstehenden Betriebszustände vorliegen, kommt es zu einer raschen, regelmäßigen oder lokalen Überhitzung, was die Steuereinrichtung als unsachgemäßen Betrieb anhand des ersten Grenzwerts T_fmax1·R_k (Tmax1) und der entsprechenden hohen Änderung des Widerstandswerts, d. h. dR/dt erkennt.If the _{fluid temperature controller is faulty} and possibly one of the above operating conditions, rapid, regular or local overheating occurs, causing the _{controller to} operate improperly based on the first limit T _fmax1 * R _k (Tmax1) and the corresponding high change of the resistance value, ie dR / dt detects.

Weiter sei noch erwähnt, dass natürlich neben der hier vorgeschlagenen Steuerungseinrichtung zusätzlich wenigstens eine herkömmliche Temperatursicherung und/oder ein Schutztemperaturbegrenzer vorgesehen sein kein.Further it should be mentioned that of course in addition at least in addition to the control device proposed here a conventional one Thermal fuse and / or a protective temperature limiter provided its not.

Abschließend sei nochmal darauf hingewiesen, dass der grundlegende Gedanke der Erfindung darin besteht neben dem Zusammenhang zwischen der Temperatur des Heizelements und dem von der Temperatur abhängigen ohmschen Widerstand des Heizelements auch den zeitlichen Verlauf der Änderung des Widerstands zuerfassen bzw. ermitteln und zum Erkennen von verschiedenen Betriebszuständen des Heizsystems zu verwenden. Entsprechend dem erkannten Betriebszustand können vorbestimmte Steuer- bzw. Regelaktionen für das Heizelement ausgelöst werden.In conclusion, be once again pointed out that the basic idea of the invention This is in addition to the relationship between the temperature of Heating element and the temperature-dependent ohmic resistance of the heating element and the time course of the change to recognize or identify the resistance and to recognize different ones operating conditions to use the heating system. According to the recognized operating condition can predetermined control actions are triggered for the heating element.

Claims

Control method for an electric heating system with at least one electrical resistance heating element, wherein the method comprises detecting the current resistance value of the at least one electrical resistance heating element; Determine the temporal change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element; and controlling the heating system based on the current time change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element.

Control procedure for An electric heating system according to claim 1, wherein the determining the temporal change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element takes place only after a predetermined startup time.

Control procedure for An electric heating system according to claim 2, wherein the predetermined Start-up time on the startup behavior of the heating element and / or the thermal masses of the heating system based.

Control procedure for an electric heating system according to any one of the preceding claims, wherein controlling the heating system additionally on the respective current resistance value of the at least one electrical Resistance heating element based.

Control procedure for an electric heating system according to any one of the preceding claims wherein the detection of the current resistance value is continuous.

Control procedure for An electric heating system according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein detecting the current resistance value with certain time intervals he follows.

Control procedure for An electric heating system according to claim 6, wherein the determined time intervals based on the last recorded values and the change the value of the at least one electrical resistance heating element be set

Control procedure for an electric heating system according to any one of the preceding claims, wherein the method further comprises determining the temporal change the change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element.

Control procedure for An electric heating system according to claim 8, wherein the method further comprises determining particular points over time the detected resistance value based on the detected changes the resistance value of the at least one electrical resistance heating element as well as the temporal change the change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element

Control method for an electric heating system according to one of the preceding claims, wherein the method further comprising setting each of a first and second, a first and second temperature threshold corresponding nominal resistance value for each a first and a second switching threshold.

Control method for an electric heating system according to one of the preceding claims, wherein the method further comprising measuring the electrical actual cold resistance value of the at least an electrical resistance heating element when switching on Heating system.

Control method for an electric heating system according to claim 10 or 11, wherein the method further comprises fitting of the first and second nominal resistance values by means of a ratio of the measured actual cold resistance value and a rated cold resistance value.

The control method for an electric heating system according to any one of the preceding claims, wherein the method further includes classifying the change with time of the resistance value of the at least one of ei NEN electrical resistance heating element.

Control method for an electric heating system according to claim 13, wherein the classifying into at least one class "HIGH" and a class "LOW" is done.

Control method for an electric heating system according to claim 14, wherein controlling the heating system at power up exists when the current resistance value is below the first switching threshold lies and the current change of the resistance value in the "HIGH" class.

Control method for an electric heating system according to one of the claims 14 or 15, wherein the controlling of the heating system is to switch on, if the current resistance value is below the first switching threshold lies and the current change of the resistance value in the "LOW" class.

Control method for an electric heating system according to one of the claims 14 to 16, wherein the control of the heating system consists of switching off, if the current resistance value is above the first switching threshold lies and the current change of the resistance value in the "LOW" class.

Control method for an electric heating system according to one of the claims 14 to 17, wherein the control of the heating system consists in switching off, if the current resistance value is above the first switching threshold lies and the current change of the resistance value in the "HIGH" class.

Control method for an electric heating system according to one of the claims 14 to 18, wherein the control of the heating system is in Ausschal th, if the current resistance value is above the second switching threshold lies and the current change of the resistance value in the class "HIGH" and a restart of the heating system is prevented.

Control method for an electric heating system according to one of the claims 14, wherein the control of the heating system is in the off, when the current change of the resistance value in the class "HIGH" and a restart of the heating system is prevented.

Control method for an electric heating system according to one of the preceding claims, wherein the average heating conductor temperature of the heating element is limited by a third switching threshold, wherein the third switching threshold below the respective nominal resistance of the heating element is located.

Control device for an electric heating system with at least one electrical resistance heating element, wherein the control device at least comprises a measuring device, which is adapted to a current resistance value of at least an electrical resistance heating element corresponding resistance signal leave; a control unit that is set up the current one temporal change of the resistance signal value and based on the current one temporal change of the resistance signal value to output a control signal for the heating system.

Control device for an electric heating system according to claim 22, wherein the control unit is set up, the temporal change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element only after a predetermined start-up time to evaluate, the predetermined startup on the startup behavior of at least an electrical heating element and / or the thermal masses of Heating system based.

Control device for an electric heating system according to claim 22 or 23, wherein the control unit is set up, based on the current time change of the resistance signal value and the respective current resistance value of the at least one electrical Resistor heating element to output a control signal for the heating system.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 22 to 24, wherein the control unit is a microcontroller or a application specific integrated circuit is.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 22 to 25, wherein the control device further comprises a memory to save for measured resistance signal values.

The control device for an electric heating system according to claim 26, wherein the memory is in a working memory of the microcontroller or a part of the application specific integrated circuit is contained and the resistance signal values after an analog-to-digital conversion in the memory are stored in digital form.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 26 or 27, wherein the control unit is further configured based on at least the current and the penultimate resistance signal value from the memory, the current time change of the resistance signal value to investigate.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 22 to 28, wherein the control signal is a switching signal for on and Turning off a power supply of the at least one electrical Resistance heating element is.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 22 to 29, wherein the control unit is set, the Wi derstandssignalwerte at certain intervals to measure and store.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 26 to 30, wherein the control unit is further set up in the Memory determined changes in time of the resistance signal value and continue a temporal change the change the resistance value of the at least one electrical resistance heating element to investigate.

Control device for an electric heating system according to claim 31, wherein the control unit is further set up, special points in the time course of the detected resistance signal values based on the determined change the resistance signal value and the time change of the change to determine the resistance signal value.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 26 to 32, wherein in the memory further each have a first and a second, a first and second temperature threshold corresponding Nominal resistance signal value for in each case a first and a second switching threshold is stored.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 26 to 33, wherein in a memory further immediately after Switching on the electric heating system measured actual cold resistance signal value and a rated cold resistance signal value are stored.

Control device for an electric heating system according to claim 33 or 34, wherein the control unit is further set up is the first and second nominal resistance signal value by means of a relationship from the actual cold resistance signal value and the rated cold resistance signal value adapt.

Control device for an electric heating system according to one of the claims 22 to 35, wherein the control unit is further set, the temporal change of the resistance signal value at least into a class "HIGH" or a class "LOW".

Control device for an electric heating system according to claim 36, wherein the control unit is further set up, one Output control signal for switching on the heating system when the current resistance value is below the first switching threshold and the current change of the resistance value in the "HIGH" class; a control signal for switching on of the heating system when the current resistance is below the first switching threshold and the current change the resistance value is in the "LOW" class; a control signal to turn off of the heating system when the current resistance exceeds the first Switching threshold is and the current change in the resistance value is in the class "LOW"; one Output control signal for switching off the heating system, if the current resistance over the first switching threshold and the current change of the resistance value is in the "HIGH" class, and a control signal to Turn off the heating system output when the current resistance over the second Switching threshold is and the current change in the resistance value in the class "HIGH" and another Switching on the heating system is prevented.

Control device for an electric heating system according to claim 36, wherein the control unit is further set up, to issue a control signal for turning off the heating system when the current change of the Resistance value in the class "HIGH".