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Title:
ELECTRIC HEATING DEVICE, AND METHOD FOR DETECTING AN OVERHEATING OF SUCH AN ELECTRIC HEATING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/202741
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric heating device for heating a fluid, wherein the heating device has an electric heating element (2) and a casing (3) for the electric heating element (2), said casing consisting at least partly of an electrically conductive material. The electric heating element (2) is arranged in the casing (3), and an electrically insulating filler (8) is provided between the electric heating element (2) and the casing (3), said filler insulating the electric heating element (2) from the casing (3). An analysis device (10) is provided which is designed to measure an insulation resistance between the electric heating element (2) and the casing (3), compare the measured value of the insulation resistance with a reference value, and detect an overheating of the electric heating device (1) if the measured value of the insulation resistance exceeds the reference value. The invention further relates to a method for detecting an overheating of such an electric heating device (1).

Inventors:
LOHR, Jürgen (Gustav-Heinkel-Str. 22, Karlsruhe, 76185, DE)
KUMMLER, Marcus (Im Vogelsang 45, Landau, 76829, DE)
Application Number:
EP2018/061274
Publication Date:
November 08, 2018
Filing Date:
May 03, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DBK DAVID + BAADER GMBH (Nordring 26, Rülzheim, 76761, DE)
International Classes:
H05B3/48; H05B1/02
Foreign References:
US20070177858A12007-08-02
DE19940988A12001-03-01
EP1233650A12002-08-21
CH537687A1973-05-31
DE102010060446A12011-05-12
US20070177858A12007-08-02
DE19940988A12001-03-01
CH537687A1973-05-31
DE102010060446A12011-05-12
DE102016122767A12018-05-30
DE102016109039A12017-08-17
Attorney, Agent or Firm:
WINTER BRANDL FÜRNISS HÜBNER RÖSS KAISER POLTE - PARTNERSCHAFT MBB (Alois-Steinecker-Str. 22, Freising, 85354, DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Fluids, welche zumindest ein elektrisches Heizelement (2) und zumindest eine Ummantelung (3) für das elektrische Heizelement (2) aufweist, welche zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei das elektrische Heizelement (2) in der Ummantelung (3) angeordnet ist und zwischen dem elektrischen Heizelement (2) und der Ummantelung

(3) ein elektrisch isolierender Füllstoff (8) vorgesehen ist, welcher das elektrische Heizelement (2) von der Ummantelung (3) isoliert,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Auswerteeinrichtung (10) vorgesehen ist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement (2) und der Ummantelung (3) misst, den gemessenen Wert des Isolationswiderstandes mit einem Referenzwert vergleicht und eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung (1 ) erkennt, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet.

2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das elektrische Heizelement (2), die Ummantelung (3) und der isolierende Füllstoff (8) einen Rohrheizkörper

(4) bilden.

3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein von einem Fluid zu durchströmendes Gehäuse (5) vorgesehen ist, welches das in der Ummantelung (3) angeordnete elektrische Heizelement (2) aufnimmt.

4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (5) und die Ummantelung (3) auf gleichem Potential liegen.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Potential um das Potential einer Karosserie handelt.

6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (5) galvanisch von der Ummantelung (3) getrennt ist.

7. Elektnsche Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Referenzwert oberhalb eines Grenzwerts für einen Gesamtisolationswiderstand eines Fahrzeug oder eines Geräts liegt, in welchem die elektrische Heizvorrichtung (1 ) verbaut werden soll.

8. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 7 rückbezogen auf Anspruch 4 oder 5, wobei der Referenzwert im Bereich zwischen 250 ΜΩ und 350 ΜΩ liegt.

9. Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer elektrischen Heizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement (2) und der Ummantelung (3) mittels der Auswerteeinrichtung gemessen wird,

der gemessene Wert des Isolationswiderstandes mittels der Auswerteeinrichtung (10) mit einem Referenzwert verglichen wird und

eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung (1 ) von der Auswerteeinrichtung (10) erkannt wird, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Auswerteeinrichtung (10) zum Messen des Isolationswiderstandes eine Messspannung an das elektrische Heizelement (2) und die Ummantelung (3) anlegt.

11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen der Isolationswiderstand gemessen und mit dem Referenzwert verglichen wird.

12. Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Heizvorrichtung zum Erwärmen eines flüssigen Fluids.

13. Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Heizvorrichtung zum Erwärmen eines gasförmigen Fluids.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

beim Internationalen Büro eingegangen

am 06 September 2018 (06.09.2018)

1. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) zum Erwärmen eines Fluids, welche zumindest ein elektrisches Heizelement (2) und zumindest eine Ummantelung (3) für das elektrische Heizelement (2) aufweist, welche zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei das elektrische Heizelement (2) in der Ummantelung

(3) angeordnet ist und zwischen dem elektrischen Heizelement (2) und der

Ummantelung (3) ein elektrisch isolierender Füllstoff (8) vorgesehen ist, welcher das elektrische Heizelement (2) von der Ummantelung (3) isoliert,

wobei zumindest eine Auswerteeinrichtung (10) vorgesehen ist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen Isolationswiderstand zwischen dem

elektrischen Heizelement (2) und der Ummantelung (3) misst, den gemessenen Wert des Isolationswiderstandes mit einem Referenzwert vergleicht und eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung (1 ) erkennt, wenn der gemessene Wert des

Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet,

dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert oberhalb eines Grenzwerts für einen Gesamtisolationswiderstand eines Fahrzeug oder eines Geräts liegt, in welchem die elektrische Heizvorrichtung (1 ) verbaut werden soll.

2. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, wobei das elektrische Heizelement (2), die Ummantelung (3) und der isolierende Füllstoff (8) einen Rohrheizkörper

(4) bilden.

3. Elektrische Heizvorrichtung ( ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein von einem Fluid zu durchströmendes Gehäuse (5) vorgesehen ist, welches das in der Ummantelung (3) angeordnete elektrische Heizelement (2) aufnimmt.

4. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (5) und die Ummantelung (3) auf gleichem Potential liegen.

5. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Potential um das Potential einer Karosserie handelt.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

6. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (5) galvanisch von der Ummantelung (3) getrennt ist.

7. Elektrische Heizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Referenzwert im Bereich zwischen 250 ΜΩ und 350 ΜΩ liegt.

8. Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer elektrischen Heizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement (2) und der Ummantelung (3) mittels der Auswerteeinrichtung gemessen wird,

der gemessene Wert des Isolationswiderstandes mittels der Auswerteeinrichtung (10) mit einem Referenzwert verglichen wird und

eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung (1 ) von der Auswerteeinrichtung (10) erkannt wird, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinrichtung (10) zum Messen des Isolationswiderstandes eine Messspannung an das elektrische Heizelement (2) und die Ummantelung (3) anlegt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen der Isolationswiderstand gemessen und mit dem Referenzwert verglichen wird.

11 . Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Heizvorrichtung zum Erwärmen eines flüssigen Fluids.

12. Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Heizvorrichtung zum Erwärmen eines gasförmigen Fluids.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Description:
Elektrische Heizvorrichtung und Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer solchen elektrischen Heizvorrichtung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer solchen elektrischen Heizvorrichtung.

Elektrische Heizvorrichtungen können beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Aufheizen (Erwärmen) der Raumluft einer Fahrgastzelle, zum Erwärmen der Batterie, zum Vorheizen des Kühlwassers von wassergekühlten Motoren, zum Vorglühen der Zündkerzen bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, zum Erwärmen von Kraftstoff, zum Auftauen von Betriebsflüssigkeiten wie Scheiben- oder Scheinwerferreinigungsflüssigkeit und der Harnstofflösung eines SCR-Katalysators etc. eingesetzt werden. Insbesondere in Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, in denen Heizkreisläufe nicht oder nur temporär von einem Verbrennungsmotor erwärmt werden können, sind elektrische Heizvorrichtungen vorgesehen. Ferner können elektrische Heizvorrichtungen in sogenannter Weißer Ware, wie beispielsweise einem Wäschetrockner oder einer Waschmaschine eingesetzt werden.

Die US 2007/0177858 A1 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Fluids und ein Verfahren zur Durchführung der Erwärmung.

Die DE 199 40 988 A1 zeigt ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung von wenigstens einem Heizkörper eines Warmwasserbereiters.

In der CH 537 687 A ist eine Vorrichtung zum Begrenzen der Temperatur eines Heizkörpers an einem elektrischen Widerstandsheizgerät gezeigt.

Elektrische Heizvorrichtungen können ein fluidführendes Gehäuse aufweisen, in welches ein elektrisches Heizelement, wie beispielsweise einen Widerstandsdraht aufgenommen ist, wobei das elektrische Heizelement von einer Ummantelung umgeben sein kann. Das von der Ummantelung umgebene elektrische Heizelement bildet dann einen sogenannten Rohrheizkörper (RHK), wobei mehrere Rohrheizkörper vorgesehen sein können. Eine derartige Heizvorrichtung mit Rohrheizkörpern ist beispielsweise aus der DE 10 2010 060 446 A1 bekannt.

Als Fluid, welches von dem elektrischen Heizelement erwärmt wird, kann beispielsweise Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Glykol eingesetzt werden. Auch andere Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wärmeträgeröle, können solche Fluide sein. Es kann sich jedoch auch um ein gasförmiges Fluid handeln. So kann eine elektrische Heizvorrichtung mit Rohrheizkörper beispielsweise als Luftheizer, insbesondere als Hochvoltluftheizer, ausgebildet sein. Ein solcher ist beispielhaft in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 122 767.6 beschrieben. Die von dem Luftheizer aufzuwärmende Luft wird mittels eines Lüfters zum Luftheizer befördert.

Von dem mit Hilfe des elektrischen Heizelements erwärmten Fluid wird die Wärme dann an das zu erwärmende Medium (z.B. die Raumluft einer Fahrgastzelle) bzw. Objekt abgegeben. Die von dem Rohrheizkörper bzw. der elektrischen Heizvorrichtung abgegebene Wärmeleistung wird typischerweise mittels Pulsweitenmodulation von einer Ansteuerschaltung gesteuert.

Um eine hohe Lebensdauer von elektrischen Heizvorrichtungen sicherzustellen, ist es erforderlich, Maßnahmen zum Erkennen einer Überhitzung, wie sie beispielsweise bei einem partiellen oder vollständigen Trockenlauf der elektrischen Heizvorrichtung auftreten kann, wenn die elektrische Heizvorrichtung nicht vollständig von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt/umströmt wird, vorzusehen. Auch bei einem Luftheizer kann es zu einer solchen Überhitzung kommen, wenn der Lüfter ausfällt und der Luftheizer somit„trocken läuft".

Bei einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem Rohrheizkörper, welcher als elektrisches Heizelement einen Heizdraht mit PTC-Effekt aufweist, erfolgt die Erkennung einer Überhitzung bzw. eines Trockenlaufs typischerweise über die Bestimmung des Widerstands des Heizdrahtes, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Dieses Vorgehen stößt jedoch bei bestimmten, ungünstigen Betriebskonstellationen an seine Grenzen. So wird beispielsweise ein nur partieller Trockenlauf nicht zuverlässig erkannt. Zwar kann durch Vorgaben an die Einbaulage der

elektrischen Heizvorrichtung bzw. des Rohrheizkörpers ein partieller Trockenlauf vermieden werden. Allerdings hat der Hersteller keinen Einfluss auf einen von diesen Vorgaben abweichenden Einbau der elektrischen Heizvorrichtung durch den Abnehmer.

Abgesehen davon sind schaltungstechnisch aufwendige Lösungen zur Über- hitzungserkennung bekannt, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 109 039.5 beschrieben sind.

Ferner zeichnen sich als elektrische Heizelemente eingesetzte Heizdrähte mit PTC-Effekt dadurch aus, dass sie beim Aufstarten bei niedrigen Temperaturen bzw. im kalten Zustand einen kleinen Widerstand aufweisen, was zum Zeitpunkt des Einschal- tens zu unerwünscht hohen Stromspitzen führt. Solche Stromspitzen belasten das Bordnetz des Fahrzeugs und sollen daher möglichst vermieden oder minimiert werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach aufgebaute elektrische Heizvorrichtung bereitzustellen, welche eine Überhitzung sowohl bei vollständigem Trockenlauf als auch bei partiellem Trockenlauf erkennt. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer derartigen elektrischen Heizvorrichtung bereitzustellen, welches sowohl einen Trockenlauf als auch einen partiellen Trockenlauf der elektrischen Heizvorrichtung erkennt.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer solchen elektrischen Heizvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Fluid weist ein elektrisches Heizelement und eine Ummantelung für das elektrische Heizelement auf. Die Ummantelung besteht zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material. Das elektrische Heizelement ist in der Ummantelung angeordnet. Zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung ist ein elektrisch isolierender Füllstoff vorgesehen, welcher das elektrische Heizelement von der Ummantelung isoliert.

Die elektrische Heizvorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine Auswerteeinrichtung aus, welche derart ausgestaltet ist, dass sie einen Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung misst, den gemessenen Wert des Isolationswiderstandes mit einem Referenzwert vergleicht und eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung erkennt, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet. Zum Messen des Isolationswiderstandes ist die Auswerteeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, eine Messspannung zwischen bzw. an das elektrischen Heizelement und die Ummantelung anzulegen, wobei grundsätzlich die Messspannung auch von einer anderen elektrischen Einheit als der Auswerteeinrichtung angelegt werden kann.

Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung kann zum Erwärmen eines flüssigen und/oder eines gasförmigen Fluids verwendet werden.

Vorzugsweise sind das elektrische Heizelement und die diesem zugeordnete Ummantelung als Rohrheizkörper ausgebildet, wobei das elektrische Heizelement bevorzugt als Heizdraht ausgebildet ist. Bei dem isolierenden Füllstoff, der zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung angeordnet ist, kann es sich beispielsweise um Magnesiumoxid (MgO) handeln. Auch andere Materialien sind als Füllstoff möglich. Kennzeichnend für geeignete Füllstoffe sind die elektrische Isolierung, die hohe Wärmeleitfähigkeit sowie ein hoher Schmelzpunkt.

Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, welches von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt wird bzw. durchströmt werden kann und welches das in der Ummantelung angeordnete elektrische Heizelement inklusive dessen Ummantelung aufnimmt.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform liegen das Gehäuse und die Ummantelung auf gleichem Potential, insbesondere auf gleichem Potential wie eine Karosserie des Fahrzeugs. Gemäß einem alternativen, zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Um- mantelung galvanisch von dem Gehäuse getrennt. Die galvanische Trennung von Unnnnantelung und Gehäuse bietet mehr Freiheitsgrade. Durch die galvanische Trennung kann zum Beispiel ein Einfluss einer Messspannung zum Messen des Isolationswiderstandes auf ein Fahrzeug oder ein Gerät, in welchem die elektrische Heizvorrichtung eingesetzt werden soll, insbesondere ein Einfluss auf einen Isolationswächter bzw. eine Isolationsüberwachung in dem Fahrzeug/Gerät vorteilhafter Weise verhindert werden, so dass der Isolationswächter bzw. die Isolationsüberwachung des Fahrzeugs/Geräts nicht ungewollt durch die Messspannung ausgelöst wird.

Bei Fahrzeugen liegt der Gesamtisolationswiderstand, welcher nicht unterschritten werden soll und üblicherweise von einem Isolationswächter (einer Isolationsüberwachung) überwacht wird, typischerweise bei mehr als 2 ΜΩ. Sinkt der Gesamtisolationswiderstand auf 2 ΜΩ, so erkennt der Isolationswächter eine mangelhafte Isolierung. Grundsätzlich kann der Isolationswächter natürlich auch so eingestellt sein, dass er bei einem Unterschreiten eines Grenzwertes einer anderen Größenordnung, beispielsweise im Kiloohm-Bereich, auslöst. Dabei ist der Gesamtisolationswiderstand als der Isolationswiderstand zwischen dem Hochvolt-Leistungskreis eines Kraftfahrzeuges und der Fahrzeugmasse definiert. Der Hochvolt-Leistungskreis besteht dabei aus der Hochvolt-Fahrzeugbatterie, allen verbundenen, mit der Hochvoltspannung betriebenen Verbrauchern sowie der zugeordneten Verkabelung.

Um zu verhindern, dass ein gegebenenfalls in einem Fahrzeug oder Gerät, in welchem die elektronische Heizvorrichtung gemäß der Erfindung verbaut werden soll, vorgesehener Isolationswächter reagiert, wenn der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung aufgrund von Überhitzung abfällt, liegt der Referenzwert, mit welchem der gemessene Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung verglichen wird, bevorzugt oberhalb eines typischerweise vom Hersteller festgelegten Grenzwerts für den Gesamtisolationswiderstand des Fahrzeugs/Geräts, in welches die elektrische Heizvorrichtung eingebaut werden soll.

Figur 4 zeigt gemessene Verläufe des Isolationswiderstandes R zwischen elektrischem Heizelement und Ummantelung im Normalfall (durchgezogene Linie) und im zumindest teilweisen Trockenlauf (gestrichelte Linie) über der Temperatur T. Ferner ist ein geeignet gesetzter Referenzwert als strich-punktierte Linie konstanten Werts dargestellt. Wie aus Figur 4 erkennbar ist, nimmt der Isolationswiderstand bei Trockenlauf mit Zunahme der Temperatur schneller ab als im Normalfall. Wird beispielsweise bei einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß erster Ausführungsform der Erfindung, d.h. ohne galvanische Trennung von Ummantelung und Gehäuse, im unbestromten Zustand, d.h. wenn kein Strom durch das elektrische Heizelement der Heizvorrichtung fließt, von einem Isolationswiderstand ausgegangen, der üblicherweise im Gigaohm- Bereich liegt, so sinkt dieser Isolationswiderstand im Normalbetrieb, d.h. im Heizbetrieb ohne partiellen oder vollständigen Trockenlauf, beispielsweise auf einen Wert zwischen 400 ΜΩ und 800 ΜΩ ab, während der Isolationswiderstand im Trockenlauf auf einen Wert zwischen 50 ΜΩ und 200 ΜΩ oder noch darunter absinkt. Vorzugsweise liegt der Referenzwert, mit welchem der gemessene Isolationswiderstand zwischen elektrischem Heizelement und Ummantelung verglichen wird, somit im Bereich zwischen etwa 250 ΜΩ und etwa 350 ΜΩ.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen einer Überhitzung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung kennzeichnet sich dadurch aus, dass der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung mittels der Auswerteeinrichtung der elektrischen Heizvorrichtung gemessen wird, der gemessene Wert des Isolationswiderstand mittels der Auswerteeinrichtung mit einem Referenzwert verglichen wird und eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung von der Auswerteeinrichtung erkannt wird, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet. Die Messung des Isolationswiderstandes und der Vergleich des gemessenen Werts des Isolationswiderstandes mit dem Referenzwert können kontinuierlich oder in vorgegebenen (insbesondere kurzen) Zeitabständen erfolgen. Zum Messen des Isolationswiderstandes legt die Auswerteeinrichtung vorzugsweise eine Messspannung zwischen das elektrischen Heizelement und die Ummantelung an. Der Referenzwert ist bevorzugt vorab in der Auswerteeinrichtung hinterlegt.

Die vorliegende Erfindung macht sich die in Laborversuchen aufgefundene vorteil- hafte Wirkung zu Nutze, dass der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement und der Ummantelung bei Überhitzung des elektrischen Heizelements und somit der elektrischen Heizvorrichtung rapide abfällt.

Mithilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung kann eine Überhitzung sowohl bei vollständigem als auch bei partiellem Trockenlauf erkannt werden. Vorteilhafterweise ist die durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren realisierte Überhitzungserkennung unabhängig von der Art bzw. dem Material eines als elektrisches Heizelement eingesetzten Heizdrahtes. So kann statt einem Heizdraht mit PTC-Effekt beispielsweise ein Heizdraht mit einem von der Temperatur unabhängigen Widerstand verwendet werden, wodurch vorteilhafterweise hohe Anlaufströme vermieden werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung bei partiellem Trockenlauf;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines in einer Ummantelung angeordnetes elektrisches Heizelements der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung mit schematisch dargestellter Auswerteeinrichtung und

Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines in einer Ummantelung angeordneten elektrischen Heizelements.

Fig. 4 Kurvenverläufe des Isolationswiderstandes im Normalfall (durchgezogene Linie) und im Trockenlauf (gestrichelte Linie) und des Referenzwerts (strich-punktierte Linie).

Figur 4 ist bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben.

Figur 1 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit zumindest einem elektrischen Heizelement 2, das in einer Ummantelung 3 angeordnet ist. Das elektrische Heizelement 2 und die Ummantelung 3 bilden vorzugsweise einen Rohrheizkörper 4, der wendeiförmig ausgebildet sein kann. Beispielhaft umfasst die in Figur 1 dargestellte elektrische Heizvorrichtung 1 drei Rohrheizkörper 4, wobei auch mehr oder weniger Rohrheizkörper 4 vorgesehen sein können. Die elektrischen Heizelemente 2 sind bevorzugterweise als Heizdrähte aus einer typischen Heizdrahtlegierung ausgebildet, welche einen PTC-Effekt aufweisen oder mit einem über der Temperatur konstanten Widerstand versehen sind. Die Heizdrähte können gewendelt sein. Die geneigte Darstellung der elektrischen Heizvorrichtung 1 in Figur 1 soll eine mögliche Einbaulage in einem Kraftfahrzeug zeigen.

Die elektrische Heizvorrichtung 1 weist vorzugsweise ein Gehäuse 5 auf, welches die Rohrheizkörper 4, das heißt die in ihrer jeweiligen Ummantelung 3 angeordneten elektrischen Heizelemente 2, in einem Fluidraum 6 aufnimmt. Das Gehäuse 5 bzw. der Fluidraum 6 weist einen Einlass 7 zum Einführen eines Fluids und einen nicht dargestellten Auslass zum Abführen des Fluids, nachdem es von den Rohrheizkörpern 4 bzw. den elektrischen Heizelementen 2 erwärmt worden ist, auf. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung. Das Gehäuse 5 kann an die Karosserie eines Fahrzeugs geschraubt oder anderweitig elektrisch leitend an die Karosserie angebracht werden und somit mit Fahrzeugmasse verbunden werden, sodass das Gehäuse 5 auf gleichem Potential wie die Karosserie liegt.

Das Gehäuse 5 weist ferner bevorzugt einen von dem Fluidraum 6 durch eine Trennwand 7 getrennten Elektronikraum 9 auf. Der Elektronikraum 9 dient zur Aufnahme einer nicht dargestellten Ansteuerschaltung, die der Ansteuerung der

elektrischen Heizelemente 2, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, dient, wodurch eine Steuerung der von den elektrischen Heizelementen 2 erzeugten Wärmeleistung erfolgt. Hierfür weist die Ansteuerschaltung entsprechende Schaltelemente, beispielsweise Bipolartransistoren und/oder MOSFETs auf. Selbstverständlich kann die Ansteuerschaltung auch separat von der elektronischen Heizvorrichtung 1 vorgesehen sein.

Die Ummantelung 3 eines jeden elektrischen Heizelements 2 besteht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus elektrisch leitfähigem Material wie beispielsweise Stahl oder Edelstahl. Die Ummantelung 3 ist bevorzugt mit dem Gehäuse 5 elektrisch leitend verbunden, zum Beispiel verlötet, und liegt somit bei an einer Ka- rosserie eines Fahrzeugs angebrachtem Gehäuse 5 ebenfalls auf Fahrzeugmasse, sodass die Ummantelung 3, das Gehäuse 5 und die Karosserie auf gleichem Potential liegen.

Zwischen der Ummantelung 3 und dem elektrischen Heizelement 2 eines jeden Rohrheizkörpers 4 ist ein isolierender Füllstoff 8 vorgesehen, welcher das elektrische Heizelement 2 von der Ummantelung 3 isoliert (und vice versa; siehe auch Figur 2). Bei dem isolierenden Füllstoff 8 kann es sich beispielsweise um Magnesiumoxid handeln.

Wie in Figuren 1 und 2 (schematisch dargestellt) zu sehen ist, ist eine Auswerteeinrichtung 10, insbesondere eine Auswerteschaltung, vorgesehen, die derart ausgestaltet ist, dass sie den Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und der Ummantelung 3 eines jeden Rohrheizkörpers 4 misst, den gemessenen Wert des Isolationswiderstandes mit einem in der Auswerteeinrichtung 10 hinterlegten Referenzwert vergleicht und eine Überhitzung der elektrischen Heizvorrichtung 1 bzw. des elektrischen Heizelements 2 erkennt, wenn der gemessene Wert des Isolationswiderstandes den Referenzwert unterschreitet. Hierfür ist die Auswerteeinrichtung 10 über eine erste, nicht näher bezeichnete Leitung mit dem elektrischen Heizelement 2, insbesondere einem aus der Ummantelung 3 herausragenden Ende 12 des

elektrischen Heizelements 2, und über eine zweite, nicht näher bezeichnete Leitung mit der Ummantelung 3 verbunden und legt zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und der Ummantelung 3 eine Messspannung an. Die Auswerteeinrichtung 10 misst dann den sich bei Anlegen der Messspannung ergebenden (Isolations-)Widerstand des isolierenden Füllstoffes 8. Der Einfachheit halber ist in den Figuren nur die elektrische Verbindung der Auswerteeinrichtung 10 mit einem Rohrheizkörper 4 dargestellt. Bei mehreren Rohrheizkörpern 4 ist die Auswertevorrichtung 10 jedoch mit den elektrischen Heizelementen 2 und Ummantelungen 3 von jedem Rohrheizkörper 4 verbunden. Natürlich kann auch eine Auswerteeinrichtung 10 für jeden Rohrheizkörper 4 vorgesehen sein, das heißt, es können mehrere Auswerteeinrichtungen vorhanden sein.

Die Auswerteeinrichtung 10 ist vorzugsweise in dem Elektronikraum 9 des Gehäuses 5 angeordnet, wobei die Auswerteeinrichtung 10 Teil der Steuerschaltung bilden kann, aber auch separat zu dieser vorgesehen sein kann. Natürlich kann die Aus- werteeinrichtung 10 auch außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet sein.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung 1 bei partiellem Trockenlauf. Das den Fluidraum 6 des Gehäuses 5 durchströmende Fluid bedeckt die Rohrheizkörper 4 nur teilweise. Der Füllstand bzw. die Oberfläche des Fluids ist durch Bezugsziffer 11 gekennzeichnet.

Figur 3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines elektrischen Heizelements 2 der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung, das in einer Ummantelung 3 angeordnet ist. Der isolierende Füllstoff 8 lässt sich elektrisch als eine Parallelschaltung von Einzel isolationswiderständen R darstellen, wobei der Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und der Ummantelung 3 als die Parallelschaltung dieser Einzelisolationswiderstände R definiert ist.

Liegt ein Teil eines Rohrheizkörpers 4 trocken (partieller Trockenlauf) und überhitzt deshalb, so nimmt der Wert des diesem Teil des Rohrheizkörpers 4 entsprechenden Einzelisolationswiderstandes R oder der entsprechenden mehreren Einzelisolationswiderstände R (in Figur 3 beispielhaft durch einen Kreis gekennzeichnet) rapide ab und fällt unter den Referenzwert, was dazu führt, dass der (gesamte) Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und der Ummantelung 3 des Rohrheizkörpers 4 ebenfalls rapide abnimmt und unter den Referenzwert fällt.

Somit wird von der Auswerteeinrichtung 10 der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 1 eine Unterschreitung des Referenzwerts durch den Isolationswiderstand zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und dessen Ummantelung 3 und somit eine Überhitzung vorteilhafterweise nicht nur bei einem vollständigen sondern auch bei einem partiellen Trockenlauf erkannt, da ein Absinken des Widerstandswerts von schon einem der Einzelisolationswiderstände R, die in Parallelschaltung den Widerstand des isolierenden Füllstoffs 8 repräsentieren, ein Absinken des (gesamten) Isolationswiderstandes zwischen dem elektrischen Heizelement 2 und dessen Ummantelung 3 zur Folge hat. Bezugszeichenliste

1 elektrische Heizvorrichtung

2 elektrisches Heizelement

3 Ummantelung

4 Rohrheizkörper

5 Gehäuse

6 Fluidraum

7 Einlass

8 isolierender Füllstoff

9 Elektronikraum

10 Auswerteeinrichtung

11 Füllstand

12 Ende des elektrischen Heizelements

R Einzelisolationswiderstand

T Temperatur