Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zum Erhitzen von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Heizeinrichtung.

Aus der WO 02/12790 A1 ist ein Gargerät mit Dampferzeugung mittels einer Heizeinrichtung bekannt, die einen Dampferzeugungsbehälter in Form eines senkrecht stehenden Rohres aufweist. Außen an dem Dampferzeugungsbehälter ist ein flächiges Heizelement angeordnet. Eine Wasserzufuhr in den Dampferzeugungsbehälter erfolgt von unten, während der erzeugte Dampf nach oben entweichen kann und im Gargerät zum Dampfgaren verwendet wird.

Aus der WO 2007/136268 A1 und der DE 102013200277 A1 ist es bekannt, bei Heizeinrichtungen mit flächig verteilten Heizelementen eine Temperaturerfassung über eine dielektrische Isolationsschicht vorzunehmen. Dabei wird an Elektroden der sogenannte Ableitstrom oder Fehlerstrom gemessen, der durch die Isolationsschicht von den Heizelementen fließt. Diese Isolationsschicht weist einen bei steigender Temperatur abnehmenden elektrischen Widerstand auf. So kann auf einer großen Fläche eine lokale Überhitzung festgestellt werden, ohne dass Temperatursensoren als diskrete Bauteile hierfür benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Temperatur bzw. eine Übertemperatur an einem Heizkreis der Heizeinrichtung oder an der gesamten Heizeinrichtung sicher erfassen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Heizeinrichtung oder nur für das Verfahren beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Heizeinrichtung als auch für das Verfahren selbständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung zum Erhitzen von Fluiden, insbesondere zum Erhitzen von Flüssigkeiten, um damit einen Dampfgarer zu betreiben, die folgenden Merkmale aufweist. Sie weist einen flächigen Träger mit einer Oberfläche auf, wobei der Träger entweder im Wesentlichen oder vollständig flach sein kann als eine Art Platte. Alternativ kann der Träger gebogen sein und besonders vorteilhaft ein geschlossenes Rohr bzw. ein rohrartiger Behälter sein, in dem sich das zu erhitzende Fluid befindet. An der Oberfläche des Trägers, vorteilhaft an einer Außenseite, die nicht mit dem zu erhitzenden Fluid in Berührung kommt, sind Heizelemente flächig verteilt angeordnet. Sie bedecken vorteilhaft einen Großteil des Trägers bzw. seiner Oberfläche, vorzugsweise mindestens 50% oder sogar mindestens 70%. Die Heizelemente sind in einen oder mehrere separat voneinander betreibbare Heizkreise aufgeteilt. Jeder Heizkreis weist mindestens ein Heizelement auf, wobei hier ein Heizelement somit als ein Abschnitt eines Heizkreises zu verstehen ist. Besonders vorteilhaft weist jeder Heizkreis mehrere einzelne Heizelemente auf, die parallel, seriell oder gemischt zusammengeschaltet sind oder zusammengeschaltet werden können.

Des Weiteren ist eine Temperatursensoreinrichtung vorgesehen mit einer Sensorschicht, die vorteilhaft elektrisch isolierend ist. Die Sensorschicht ist mit einer Fläche aufgebracht, die mindestens die Fläche der Heizelemente überdeckt, besonders vorteilhaft vollständig überdeckt. Es kann vorgesehen sein, dass die Sensorschicht vollflächig und geschlossen ausgebildet ist. Sie ist bevorzugt oberhalb der Heizelemente aufgebracht, und wenn sie vorzugsweise direkt auf die Heizelemente aufgebracht ist, sollte sie elektrisch isolierend sein. Diese Sensorschicht weist vorgenannte temperaturabhängige Eigenschaften bezüglich ihres elektrischen Widerstandes auf, ist also eine Art Sensorelement. Besonders vorteilhaft ist sie ausgebildet wie in dem vorgenannten Stand der Technik der WO 2007/136268 A1 und der DE 102013200277 A1 beschrieben mit einem starken Abfall des Widerstandes bei Temperaturen von 200°C bis 300°C, beispielsweise ab etwa 250°C. Diese Temperaturen werden für derartige Heizeinrichtungen als kritisch angesehen. Bei ihrem Überschreiten kann die Heizeinrichtung ansonsten beschädigt oder zerstört werden.

Auf die Sensorschicht sind mindestens zwei Sensorelektroden aufgebracht, vorteilhaft in einer Elektrodenschicht, und zwar direkt auf die Sensorschicht. Diese beiden Sensorelektroden sind elektrisch voneinander getrennt und sind, anders als die Sensorschicht, nicht einfach großflächig ausgebildet, sondern weisen fingerartige oder windungsartige und längliche Sensorelektrodenabschnitte auf. Diese Sensorelektrodenabschnitte verlaufen mit einem Abstand von weniger als 2cm zueinander, vorteilhaft weniger als 1cm oder sogar weniger als 0,5cm, beispielsweise nur 1 mm bis 3mm. Abschnittsweise sollten die Sensorelektrodenabschnitte gleiche Breite bzw. konstante Breite aufweisen. Die Breite jeweils zwei nebeneinander angeordneter Sensorelektrodenabschnitte, also von jeweils einer der beiden Sensorelektroden, beträgt vorteilhaft weniger als 2cm. Besonders vorteilhaft beträgt sie weniger als 1 cm und mehr als 1 mm.

Schließlich ist eine Steuervorrichtung zur Auswertung der Temperatursensoreinrichtung vorgesehen. Diese Steuervorrichtung kann nur für die Temperatursensoreinrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann sie in einer Steuerung für die sonstige Heizeinrichtung oder das gesamte elektrische Gerät, in das die Heizeinrichtung eingebaut ist, vorgesehen sein. Dann ist auch eine gute Interaktion mit dem Betrieb der Heizeinrichtung möglich aufgrund von Informationen oder Daten von der Temperatursensoreinrichtung. Es kann jedoch auch eine separate Steuervorrichtung nur für die Temperatursensoreinrichtung oder nur für die Heizeinrichtung vorgesehen sein.

Durch das Vorsehen von zwei Sensorelektroden bei der Temperatursensoreinrichtung, die beide zusammen die Fläche der Heizeinrichtung oder zumindest der Heizkreise überdecken, ist eine flächenmäßige Überwachung auf lokale Übertemperaturen bzw. Überhitzungen, also sogenannte Hot Spots, möglich, was mit einzelnen diskreten Temperatursensoren eigentlich nicht möglich ist. Derartige lokale Übertemperaturen weisen meistens einen Ausdehnungsbereich von maximal 2cm bis 3cm mit sehr hohen kritischen Temperaturen auf, so dass ein sehr enges Netz von diskreten Temperatursensoren aufgebracht werden müsste. Durch das Vorsehen von zwei Sensorelektroden kann eine erhöhte Fehlersicherheit bzw. eine Zwei-Fehlersicherheit erreicht werden. Selbst wenn eine der beiden Sensorelektroden ausfällt oder beschädigt ist, ist über die andere immer noch eine Überwachung auf Übertemperatur möglich, so dass die Heizeinrichtung weiter betrieben werden kann. Neben der erhöhten Ausfallsicherheit bzw. Fehlersicherheit kann auch eine deutlich verbesserte Sicherheit bei der Erkennung einer solchen Übertemperatur erreicht werden. Wenn nämlich beide Sensorelektroden einen angestiegenen Fehlerstrom erkennen, dann legt eine solche Übertemperatur in einem Bereich mit sehr großer Wahrscheinlich auch tatsächlich vor.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nebeneinander angeordnete Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden parallel zueinander verlaufen. Vorteilhaft weisen sie auch gleiche bzw. gleichbleibende Breite auf, ein Sensorelektrodenabschnitt sollte also gleiche und konstante Breite aufweisen. Besonders vorteilhaft wechseln sich Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden ab, sind also abwechselnd nebeneinander angeordnet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Temperatursensoreinrichtung in mehrere, mindestens zwei und vorzugsweise drei, Erkennungsbereiche aufzuteilen. Dabei sollte die Aufteilung so erfolgen, dass jeder Erkennungsbereich einem Heizkreis entspricht bzw. einem Heizkreis zugeordnet ist. Dies ist vorteilhaft so, dass ein Erkennungsbereich deckungsgleich mit einem Heizkreis ist. Somit ist jeder Bereich jedes Heizkreises für sich bezüglich Übertemperatur überwacht bzw. abgesichert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Sensorelektrodenabschnitte nach Art von länglichen Bahnen auf dem Träger verlaufen, also sozusagen bifilar. Dabei verlaufen die Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden wiederum parallel zueinander und nebeneinander bzw. abwechselnd. Besonders vorteilhaft entspricht ihr Verlauf dabei einer sogenannten Mäanderform bei einem flachen Träger. Bei einem Träger in Rohrform können die Sensorelektrodenabschnitte mit bifilarem Verlauf auch voll umlaufenden Windungen entsprechen mit spiraligem Verlauf.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können die Sensorelektrodenabschnitte so ausgebildet sein, dass sie kammartig ineinandergreifen bzw. kammartig ineinander verschränkt sind, und dies in Bereichen, die sich mit den Heizkreisen überdecken, wie vorbeschrieben wurde. Auch dabei sollten die Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden abwechselnd angeordnet sein.

Durch die Anordnung von den Sensorelektrodenabschnitten abwechselnd nebeneinander und nahe beieinander ist es möglich, dass ein Bereich mit einer Übertemperatur sozusagen Sensorelektrodenabschnitte von beiden Sensorelektroden überdeckt aufgrund seiner lokalen Ausdehnung. So kann die Übertemperatur auch tatsächlich an beiden Sensorelektroden und somit mit doppelter Sicherheit erfasst werden.

Bei der ineinandergreifenden Ausgestaltung der Sensorelektrodenabschnitte können die Sensorelektrodenabschnitte vorteilhaft nach Art von Fingern ausgebildet sein. Sie können von durchgehenden und im Wesentlichen schräg oder rechtwinklig dazu verlaufenden Basisabschnitten der Sensorelektroden abstehen. Auf die Flächen der Heizkreise bezogen können dabei die durchgehenden Basisabschnitte an gegenüberliegenden Endbereichen einer von den Sensorelektroden überwachten Fläche verlaufen und die Sensorelektrodenabschnitte auf diese Basisabschnitte zu verlaufen. Dabei können die Sensorelektrodenabschnitte der einen Sensorelektrode von ihrem Basisabschnitt bis kurz vor den Basisabschnitt der anderen Sensorelektrode heranreichen, besonders vorteilhaft mit einem Abstand von 1 mm bis 10mm. Dieser Abstand kann auch der gleiche Abstand sein wie zwischen zwei benachbarten Sensorelektrodenabschnitten, besonders bevorzugt ist er gleich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Bereich eines Heizkreises die Breite der Sensorelektrodenabschnitte jeweils einer Sensorelektrode gleich bleibt. Vorzugsweise gilt dies für genau einen Heizkreis. Sind nämlich alle Sensorelektrodenabschnitte beider Sensorelektroden gleich breit, so kann insgesamt das Vorliegen einer Übertemperatur zwar erkannt werden mit der doppelten Fehlersicherheit, eine Lokalisierung ist jedoch nicht möglich. Weisen die Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden jedoch in einem Bereich über mindestens einem Heizkreis unterschiedliche Breiten auf, vorzugsweise mit einem Unterschied zwischen 10% und 500%, so kann selbst mit nur zwei Sensorelektroden eine auftretende Übertemperatur zumindest einem Heizkreis oder einem Bereich über einem Heizkreis von jeweils mehreren zugeordnet werden. Dies kann erfolgen, indem die Ableitströme bzw. Fehlerströme an beiden Sensorelektroden gemessen werden und zueinander in ein Verhältnis gesetzt werden. Wenn sich die Breiten der Sensorelektrodenabschnitte der Sensorelektroden deutlich unterscheiden, beispielsweise die Breite der einen nur 50% beträgt von der Breite der anderen, so wird aufgrund der höheren flächenmäßigen Überdeckung der Sensorschicht bei der Sensorelektrode mit den breiteren Sensorelektrodenabschnitten auch der deutlich größere Ableitstrom bzw. Fehlerstrom erfasst werden können. Liegen die Breiten der Sensorelektrodenabschnitte unter den vorgenannten 1cm, so ist davon auszugehen, dass ein Bereich einer Übertemperatur mindestens zwei benachbarte Sensorelektrodenabschnitte überdeckt und dort jeweils einen von der Überdeckungsfläche abhängigen Fehlerstrom erzeugt. Ist dann eben an einer Sensorelektrode der Fehlerstrom deutlich größer als an der anderen, so wird die Übertemperatur in demjenigen Bereich der Heizeinrichtung vorliegen, in dem diese Sensorelektrode die breiteren Sensorelektrodenabschnitte aufweist.

Vorteilhaft sollten sich die Breiten der Sensorelektrodenabschnitte um mindestens 50% unterscheiden, besonders vorteilhaft um mindestens 100%. Dann ist eine sichere Unterscheidung möglich, auch wenn der Bereich mit der Übertemperatur nicht gleich auf die beiden Sensorelektroden bzw. deren Abschnitte verteilt ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizeinrichtung drei Heizkreise aufweisen.

Im Bereich eines der Heizkreise können die Sensorelektrodenabschnitte beider Sensorelektroden gleiche Breite aufweisen. Werden also an beiden Sensorelektroden etwa gleich große Fehlerströme festgestellt, so liegt eine Übertemperatur in diesem Bereich bzw. an dem entsprechenden Heizkreis vor. Im Bereich der anderen beiden Heizkreise können die Sensorelektrodenabschnitte der beiden Sensorelektroden jeweils unterschiedliche, vorteilhaft deutlich unterschiedliche, Breite aufweisen. Somit ist auch in dem Fall, dass an einer Sensorelektrode ein deutlich größerer Fehlerstrom festgestellt wird als an der anderen, eine Unterscheidung des Vorliegens der Übertemperatur an einem dieser beiden Heizkreise möglich. Eine Unterteilung in noch mehr als drei Bereiche oder Heizkreise ist zwar möglich. Gleichzeitig sinkt aber die gute und sichere Unterscheidbarkeit, was den Ort der Übertemperatur angeht.

Zur guten Abdeckung der Heizkreise und vor allem auch zur Unterscheidung mit unterschiedlich breiten Sensorelektrodenabschnitten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn über jedem Heizkreis jede Sensorelektrode mindestens zwei Sensorelektrodenabschnitte aufweist, vorzugsweise mindestens drei. Dann sind auch die Breiten der jeweiligen Sensorelektrodenabschnitte nicht so groß, und es ist sichergestellt, dass eine Übertemperatur sich an mindestens zwei, vorteilhaft mindestens drei, Sensorelektrodenabschnitten durch das Ansteigen der Fehlerströme auswirkt.

Einerseits ist es zwar möglich, wie zuvor beschrieben, den Träger flach auszubilden, beispielsweise als eine Art Platte, und an einen Behälter oder Kanal anzuschließen, insbesondere thermisch anzuschließen, in dem ein zu erhitzendes Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, ist oder hindurchfließt. Beispiele hierfür sind in einem Boiler und in einem Wasserkocher als Boden.

Andererseits ist der Träger der Heizeinrichtung besonders vorteilhaft als Rohr ausgebildet und somit ein Behälter für zu erhitzende Flüssigkeit, indem diese sozusagen permanent steht. Durch Erhitzen wird sie verdampft, beispielsweise zur Nutzung in einem Dampfgarer. Durch den Kontakt mit dem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, kann allgemein sehr gut die Wärme von den Heizelementen der Heizkreise abgenommen werden. Erst wenn hier Probleme entstehen oder beispielsweise beim Erhitzen von Wasser Verkalkungen auftreten, die die Abnahme von Wärme verschlechtern, können vorgenannte Übertemperaturen auftreten. Diese gilt es eben zu erkennen und dann den Betrieb mit einer solchen Übertemperatur zu vermeiden, da ansonsten eine dauerhafte Beschädigung der Heizeinrichtung auftreten kann. Bei einem rohrförmigen Träger sind die Heizkreise vorteilhaft entlang der Längsachse des Rohres getrennt voneinander ausgebildet. Dabei sollten sie weitgehend um den Träger umlaufen, vorteilhaft nach Art einer Manschette, so dass eine möglichst große Fläche des Trägers mit den Heizkreisen bzw. deren Heizelementen überdeckt ist für einen möglichst guten und gleichmäßigen Leistungseintrag. Dabei ist es möglich, dass die Sensorelektrodenabschnitte zu einem Großteil, insbesondere alle Sensorelektrodenabschnitte, in einem rechten Winkel zu der Längsachse des Rohres verlaufen. Insbesondere wenn mit der Heizeinrichtung Wasser erhitzt werden soll, sollten die Sensorelektrodenabschnitte, unter Umständen auch die Heizelemente der Heizkreise, parallel zu einer Wasseroberfläche verlaufen. Damit ist auch eine sinnvolle Aufteilung der Heizkreise zur abgestimmten Beheizung je nach Füllhöhe in dem Rohr möglich.

Eine Übertemperatur kann allgemein dann erkannt werden, wenn ein Fehlerstrom an einer Sensorelektrode um mindestens 10% bis 50% ansteigt bzw. mehr als 10mA bis 50mA beträgt. Sollte er nur an einer Sensorelektrode ansteigen, so liegt sehr wahrscheinlich bei der anderen Sensorelektrode ein Fehlerfall vor. Dies sollte einem Benutzer signalisiert werden und dann kann nach einer bestimmten Zeit, wenn der Benutzer nicht eingreift, beispielsweise nach einer Minute bis fünf Minuten, die Heizleistung reduziert oder sogar ganz abgeschaltet werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass in einem elektrischen Eingangskreis einer Auswertung für die Temperatursensoreinrichtung zwei Schutzschaltungen mit jeweils zwei Widerständen angeordnet sind. Dadurch lässt sich die Auswertung bzw. eine entsprechende Steuereinrichtung schützen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine Kurzschluss- bzw. Kabelbruchprüfung durchzuführen. Dabei kann ein hochfrequentes Signal in eine der beiden Sensorelektroden eingespeist werden. Dies erfolgt vorteilhaft über eine kapazitive Entkopplung mittels eines Kondensators odgl.. Das Signal wird dann über die andere der beiden Sensorelektroden mittels einer Steuereinrichtung rückgelesen und sollte bei funktionierender Temperatursensoreinrichtung dem eingespeisten Signal entsprechen. Wird eine Abweichung der Signalform und/oder der Signalhöhe um beispielsweise mindestens 5% erkannt, so wird dies als Fehler gewertet. Dann kann ein Signal an einen Benutzer ausgegeben werden und der Betrieb der Heizeinrichtung kann geändert werden, insbesondere wird eine Leistungsreduzierung vorgenommen oder gleich ein ganzer Heizkreis oder sogar die gesamte Heizeinrichtung abgeschaltet.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

• Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit drei nebeneinander angeordneten Heizkreisen mit Heizelementen und einer Temperatursensoreinrichtung,
• Fig. 2 eine schematisierte Ansicht der Heizeinrichtung aus Fig. 1 mit detaillierter Darstellung der Temperatursensoreinrichtung samt deren Ansteuerung,
• Fig. 3 eine Abwandlung der Heizeinrichtung aus Fig. 2 mit unterschiedlich breiten Sensorelektrodenabschnitten und
• Fig. 4 in weiterer Abwandlung eine Heizeinrichtung entsprechend Fig. 1 mit anders ausgebildeter Temperatursensoreinrichtung.

In der Fig. 1 ist eine aufrecht stehende erfindungsgemäße Heizeinrichtung 11 dargestellt, die einen rundzylindrischen rohrartigen Behälter 12 aus Metall aufweist. An einer Außenseite 13 des Behälters 12 sind streifenartig ausgebildete Heizelemente 15 vorgesehen, die, wie dargestellt, entlang etwa 75% bis 90% des Außenumfangs des Behälters 12 verlaufen. Obere Heizelemente 15a und das oberste Heizelement 15a' bilden einen oberen Heizkreis 16a. Mittlere Heizelemente 15b bilden einen mittleren Heizkreis 16b, und untere Heizelemente 15c bilden einen unteren Heizkreis 16c. Dabei sind die mittleren Heizelemente 15b des mittleren Heizkreises 16b und die unteren Heizelemente 15c des unteren Heizkreises 16c sowie die Heizkreise 16b und 16c identisch zueinander ausgebildet. Der obere Heizkreis 16a ist insofern unterschiedlich, als dass hier das oberste Heizelement 15a' mit einem Abstand von etwa 60% einer Breite der normalen Heizelemente 15a darüber verläuft, also erhöhten Abstand aufweist.

Elektrisch kontaktiert sind die Heizkreise 16a bis 16c über Kontaktfelder 18, und zwar der obere Heizkreis 16a über die Kontaktfelder 18a und 18a'. Der mittlere Heizkreis 16b weist die Kontaktfelder 18b und 18b' auf, und der untere Heizkreis 16c die Kontaktfelder 18c und 18c'. Des Weiteren sind noch Zusatzkontakte 20a' sowie 20a bis 20c vorgesehen, und zwar für den mittleren Heizkreis 16b bzw. den unteren Heizkreis 16c jeweils ein Zusatzkontakt 20b bzw. 20c. Der obere Heizkreis 16a weist einen Zusatzkontakt 20a auf mit einer Anordnung ähnlich wie beim mittleren Heizkreis 16b. Am obersten Heizelement 15a' ist noch ein weiterer Zusatzkontakt 20a' vorgesehen.

Im linken Bereich sind an den Heizkreisen 16a bis 16c SMD-Temperatursensoren 21a bis 21c vorgesehen, die die eingangs beschriebenen diskreten Temperatursensoren bilden. Für jeden SMD-Temperatursensor 21a bis 21c sind zwei Temperatursensor-Kontaktfelder 22a und 22a', 22b und 22b' sowie 22c und 22c' vorgesehen. Sie sind elektrisch völlig von den Heizkreisen 16a bis 16c getrennt. Diese diskreten Temperatursensoren eignen sich zwar gut zur Bestimmung der Temperatur des Wassers in der Heizeinrichtung 11, aber nicht zur Lokalisierung eines Bereichs mit einer Übertemperatur. Dazu ist ihr Überwachungsbereich viel zu klein.

In der Mitte des Behälters 12 ist entlang seiner Längsachse ein Streifenbereich 27 vorgesehen, in dem eine Schweißnaht 28 verläuft, da der rohrförmige Behälter 12 aus einem Blech geformt ist und die aneinanderliegenden Kanten eben miteinander verschweißt sind. Unten ist an dem Behälter 12 ein sogenannter Außenseitenkontakt 30 angebracht, beispielsweise zur Erdung.

Wie eingangs erläutert worden ist, ist es entweder möglich, eine dielektrische Sensorschicht auf den Heizelementen 15 bzw. den Heizkreisen homogen bzw. aus demselben Material oder Glas herzustellen. Alternativ können aber auch zwei unterschiedlich leitfähige Materialien bzw. Gläser verwendet werden. Diese können sogar übereinander und/oder aufeinander aufgebracht werden, wobei sie jeweils einzeln kontaktiert werden müssen. Die Sensorschicht bildet sozusagen einen flächigen, temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, der bei Temperaturen bis etwa 80°C, wobei diese Temperatur einstellbar ist, einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweist und somit kein Strom über die Isolationsschicht fließt. Steigt die Temperatur auch nur in einem kleinen Bereich weiter an und erreicht sie beispielsweise 100°C, so nimmt der elektrische Widerstand ab. Bei Temperaturen von beispielsweise 150°C oder 200°C kann der Widerstand in diesem kleinen Bereich so weit abgenommen haben, dass zwar noch die elektrischen Isolationseigenschaften ausreichend gegeben sind, um die Heizkreise 16a bis 16c problemlos zu betreiben. Es kann aber schon ein Ableitstrom bzw. Fehlerstrom sicher erfasst werden, der im Bereich dieser Temperaturen fließen kann.

Zu derart hohen und deutlich über 100°C liegenden Temperaturen kann es beim Betrieb der Heizeinrichtung 11 bzw. eines damit versehenen Verdampfers und beim Verdampfen von Wasser eigentlich nur dann kommen, wenn einerseits durch Leerkochen kein Wasser mehr vorhanden ist oder andererseits durch starke Verkalkung an einer Stelle die Wärmeabnahme nicht mehr groß genug ist, so dass es zu der Überhitzung kommt. In dem ersten Fall, dass sich in einem solchen Bereich allgemein kein Wasser mehr befindet, kann eine Gegenkontrolle vorgenommen werden mit dem Zustand des jeweiligen SMD-Temperatursensors 21a bis 21c, vor allem des obersten Temperatursensors 21a. Stellt dieser auch eine Temperatur von über 100°C fest, so ist offensichtlich der Füllstand des Wassers abgesunken. Stellt aber gerade der oberste SMD-Temperatursensor 21a noch eine Temperatur von maximal 100°C fest, so liegt eine deutlich höhere, von den Sensorelektroden zusammen mit der Sensorschicht 25 festgestellte höhere Temperatur als Übertemperatur aufgrund einer zu starken Verkalkung an der Innenseite des Behälters 12 vor. Je nach Größe des flächigen Bereichs bzw. nach Höhe der Übertemperatur kann der entsprechende Heizkreis 16 weiterbetrieben werden oder aber abgeschaltet werden. In jedem Fall kann eine eingangs beschriebene Signalisierung an eine Bedienperson erfolgen, um darauf aufmerksam zu machen, dass die Heizeinrichtung 11 bzw. der Verdampfer entkalkt werden muss.

Die stark schematisierte Darstellung der Heizeinrichtung 11 in der Fig. 2 soll sozusagen eine Draufsicht auf den Träger sein im abgewickelten Zustand bzw. wenn das Trägerrohr des Behälters 12 aufgeschnitten wäre, also plan liegt. Zu erkennen sind die drei Heizkreise 16a bis 16c, wobei deren Unterteilung in die einzelnen Heizelemente hier nicht dargestellt ist, weil sie für diesen Aspekt der Erfindung keine Rolle spielt. Auch die Kontaktierung der Ansteuerung der Heizkreise 16a bis 16c ist hier nicht dargestellt. Lediglich für den Heizkreis 16c sind dessen Kontaktfelder 18c und 18c' schematisiert dargestellt. Aus dieser Fig. 2 ist gut zu ersehen, dass die drei Heizkreise 16a bis 16c voneinander getrennte Bereiche einnehmen.

Auf die Heizkreise 16a bis 16c ist die Temperatursensoreinrichtung 30 aufgebracht, und zwar zuerst vollflächig die vorgenannte Sensorschicht 32 direkt auf die Heizkreise 16. Diese Sensorschicht 32 weist mindestens die Flächen der drei Heizkreise 16a bis 16c auf, vorteilhaft ist es eine vollflächige bzw. durchgängige Sensorschicht. Sie kann beispielsweise die Flächen der Heizkreise 16 a bis 16c leicht überlappen und bis an oder kurz vor den Rand des Behälters 12 als Träger reichen. Die Sensorschicht ist direkt auf die Heizkreise 16 a bis 16c aufgebracht und besteht aus einem vorgenannten elektrisch isolierenden Material, vorteilhaft einem aus dem Stand der Technik bekannten Glasmaterial. Dieses ist bei Raumtemperatur und auch bei Temperaturen im Betrieb der Heizeinrichtung 11 zum Kochen bzw. Verdampfen von Wasser, also etwa 100°C, elektrisch isolierend mit einem nahezu unendlich großen elektrischen Widerstand. Bei vorgenannten Übertemperaturen ab 150°C, vorteilhaft zwischen 200°C und 300°C, sinkt der elektrische Widerstand und ein vorbeschriebener Fehlerstrom, auch Ableitstrom genannt, kann durch die Sensorschicht 32 hindurchgehen. Derartige Übertemperaturen können auftreten, wenn entweder im Bereich an einem Heizelement bzw. an einem Heizkreis 16a bis 16c kein Wasser mehr vorhanden ist, das die entstehende Wärme abnimmt. Alternativ kann an der Innenseite des Behälters 12 eine starke Verkalkung zustande gekommen sein, welche ebenfalls eine Wärmeabnahme erschwert. Üblicherweise weisen die Bereiche solcher Übertemperaturen einen Durchmesser zwischen 0,5cm und 1,5cm bis maximal 2cm auf, wenn der Behälter 12 etwa 20cm bis 30cm lang ist und einen Durchmesser von etwa 6cm bis 10cm aufweist. Sehr kleine lokale Übertemperaturen treten eher selten auf, da hier die Wärmequerleitung des Behälters 12 für eine ausreichende Wärmeverteilung sorgt. Deutlich größere Bereiche mit Übertemperatur treten ebenfalls sehr selten auf, da dann nämlich in ihrem Zentralbereich bereits deutlich früher eine Übertemperatur aufgetreten wäre, die erkannt und unterbunden werden sollte.

Auf die Sensorschicht 32 wiederum sind Sensorelektroden 34a und 34b aufgebracht, und zwar in einer Elektrodenschicht. Dabei sind die Sensorelektroden beiden 34a und 34b voneinander getrennt mit einem Abstand von 1 mm bis 3mm bzw. maximal 5mm. Die Sensorelektroden 34a und 34b weisen grundsätzlich gleiche Ausgestaltung auf, von einem sich an der Seite entlangziehenden Basisabschnitt 36a und 36b gehen jeweils aufeinander zu die Sensorelektrodenabschnitte 37ac, 37ab und 37aa sowie 37bc, 37bb und 37ba ab. Deren Breite beträgt etwa 5mm bis 1,2cm. Es entsteht eine kammartige Struktur der ineinandergreifenden Sensorelektrodenabschnitte 37. Es ist zu erkennen, dass diese Sensorelektrodenabschnitte 37 ziemlich genau nur die Flächen der Heizkreise 16a bis 16c bedecken, in den Zwischenräumen bzw. neben den Heizkreisen kann ohnehin keine Übertemperatur auftreten. Dargestellt sind hier jeweils drei Sensorelektrodenabschnitte 37 der beiden Sensorelektroden 34a und 34b der Temperatursensoreinrichtung 30 pro Heizkreis 16. Es könnten aber auch mehr Sensorelektrodenabschnitte 37 sein. Weniger als zwei sollten es jedoch nicht sein. Es ist auch zu erkennen, dass sämtliche Sensorelektrodenabschnitte 37 dieselbe Breite sowie denselben Abstand zueinander aufweisen.

Sensorzuleitungen 39a und 39b der Sensorelektroden 34a und 34b führen jeweils zu Schutzschaltungen 41a und 41b. Jede dieser Schutzschaltungen 41a und 41b weist zwei hintereinander geschaltete Widerstände R1a und R2a bzw. R1b und R2b auf. Dahinter geschaltet sind jeweils eine Diode Da und Db sowie eine Zener-Diode ZDa und ZDb. Die Schutzschaltungen 41a und 41b sind an eine möglicherweise entfernt angeordnete Steuervorrichtung 43 zur Auswertung der Temperatursensoreinrichtung 30 angeschlossen. So ist es möglich, dass die Schutzschaltungen 41a und 41b sogar auf dem Behälter 12 als Träger angeordnet sind, die Steuervorrichtung jedoch separat ist und beispielsweise mit einer Steuerung für ein gesamtes Elektrogerät, in dem die Heizeinrichtung verbaut ist, kombiniert oder integriert ist.

Die Steuervorrichtung 43 weist vor einen Mikrocontroller 44 vorgeschaltet Vorwiderstände und Vorkondensatoren auf. Dem Mikrocontroller 44 nachgeschaltet ist eine weitere Beschaltung, die zu Ausgängen L, SL, SN und N führt.

Im Heizkreis 16a ist ein Übertemperaturbereich 46 eingezeichnet. Sein Zentrum liegt über dem mittleren Sensorelektrodenabschnitt 37ba, überlappt aber auch gleichzeitig den mittleren Sensorelektrodenabschnitt 37aa und auch den links davon liegenden etwas. Somit kann an beiden Sensorelektroden 34a und 34b ein Fehlerstrom ib und ia registriert werden. Diese Fehlerströme ia und ib fließen abhängig von der Widerstandsveränderung der Sensorschicht 32 im Übertemperaturbereich 46. Dabei zählt aber nicht nur die flächenmäßige Überdeckung des Übertemperaturbereichs 46 über den Sensorelektrodenabschnitten 37, sondern auch die jeweils vorhandene Temperatur. Übersteigt ein festgestellter Fehlerstrom einen Fehlerstrom-Schwellwert, der festgelegt ist, so wird dies als Übertemperatur erkannt und löst einen Fehlerfall aus. Dabei kann ein Signal ausgegeben werden, möglicherweise kann auch eine vorbeschriebene Reduzierung der Heizleistung oder sogar eine Abschaltung vorgenommen werden. Ein Fehlerstrom sollte 0,7mA nicht überschreiten. Ein Fehlerstrom-Schwellwert kann zu beispielsweise 0,2mA bis 0,5mA gewählt werden.

Aus der Fig. 2 ist auch ersichtlich, dass bereits mit einer der Sensorelektroden 34a oder 34b bzw. deren Sensorelektrodenabschnitten 37 ein Fall einer solchen Übertemperatur bzw. ein Übertemperaturbereich 46 erkannt werden könnte. Somit kann eine Zwei-Fehlersicherheit erreicht werden, die Temperatursensoreinrichtung 30 funktioniert also auch nur mit einem ihrer Temperatursensoren. Die beiden Schutzwiderstände in den Schutzschaltungen 41 dienen dazu, im Ein-Fehlerfall eine Beschädigung oder elektrische Zerstörung der Steuervorrichtung 43 zu vermeiden. Die Zener-Dioden ZD begrenzen die Sensorspannung auf Kleinsignalpegel.

Anhand der Fig. 2 ist auch leicht zu erkennen, dass jeweils zwei solcher Sensorelektroden mit kammartig ineinandergreifenden Sensorelektrodenabschnitten getrennt voneinander pro Heizkreis 16 vorgesehen sein könnte. Dann allerdings verdreifacht sich sowohl der Anschlussaufwand als auch der Aufwand für die Schutzschaltungen und an der Steuervorrichtung 43, zumindest bezüglich ihrer Beschaltung. Insofern ist dies zwar möglich, aber mit signifikantem zusätzlichem Aufwand verbunden. Dennoch wäre es natürlich wünschenswert, einen solchen Fall eines Übertemperaturbereichs auf den entsprechenden Heizkreis 16 beschränken zu können, damit nur dieser in seiner Leistung reduziert oder abgeschaltet werden kann. Eine Leistungsreduzierung kann beispielsweise so weit stattfinden, dass zwar noch Heizleistung erzeugt wird und Wärme in das zu erhitzende Fluid eingebracht wird, aber eben eine gefährliche Übertemperatur nicht mehr besteht.

Um diese Möglichkeit der Lokalisierung eines Übertemperaturbereichs für einen der Heizkreise zu ermöglichen, kann die Konfiguration von Sensorelektroden 134a und 134b entsprechend der Heizeinrichtung 111 bei der Fig. 3 gewählt werden. Beide Sensorelektroden 134a und 134b weisen entsprechend der Fig. 2 Sensorzuleitungen 139a und 139b sowie Basisabschnitte 136 a und 136b auf. Die davon abstehenden Sensorelektrodenabschnitte 137 jedoch sind unterschiedlich ausgebildet.

Über dem ganz rechten Heizkreis 116a sind die vom Basisabschnitt 136a der Sensorelektrode 34a nach unten abstehenden drei Sensorelektrodenabschnitte 137aa relativ dünn bzw. schmaler als in Fig. 2. Die entsprechenden Sensorelektrodenabschnitte 137ba der anderen Sensorelektrode 134b, die vom unteren Basisabschnitt 136b nach oben stehen, sind dagegen breiter als bei der Fig. 2, im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind sie etwa doppelt so breit. Über dem mittleren Heizkreis 116b sind die jeweiligen Sensorelektrodenabschnitte 137ab und 137bb gleich breit. Über dem linken Heizkreis 116c sind die Verhältnisse umgekehrt wie über dem rechte Heizkreis 116a. Die von oben nach unten reichenden Sensorelektrodenabschnitte 137ac sind erheblich breiter und insbesondere doppelt so breit wie die von unten nach oben stehenden Sensorelektrodenabschnitte 137bc.

Durch diese Ausgestaltung der Breiten der Sensorelektrodenabschnitte über jeweils einem der Heizkreise 116 kann ein Vergleich der Größen der Fehlerströme ia und ib miteinander erfolgen und daraus der Schluss gezogen werden, im Bereich welches Heizkreises 116 sich ein Übertemperaturbereich 146 befindet. Ist nämlich ein Übertemperaturbereich 146 erneut entsprechend der Fig. 2 über dem rechten Heizkreis 116a aufgetreten, so ist aufgrund der größeren Breite der Sensorelektrodenabschnitte der Sensorelektrode 134b deren von der Übertemperatur betroffene bzw. überdeckte Fläche viel größer. Somit wird der Fehlerstrom ib deutlich größer sein als der Fehlerstrom ia, beispielsweise etwa doppelt so groß. Durch ein entsprechend deutlich unterschiedlich gewähltes Größenverhältnis, insbesondere 2:1 wie hier oder sogar noch unterschiedlicher, können auch Fälle eindeutig erkannt werden, in denen ein Zentrum des Übertemperaturbereichs zwar direkt über einem schmaleren Sensorelektrodenabschnitt 137 liegt, aber eben noch deutlich größere Flächenbereiche der Sensorelektrodenabschnitte der anderen Sensorelektrode überdeckt.

Ist der Fehlerstrom ia deutlich größer als der Fehlerstrom ib, so wird ein Übertemperaturbereich wohl über dem linken Heizkreis 116c liegen. Sind die beiden Fehlerströme in etwa gleich, so wird ein Übertemperaturbereich wohl über dem mittleren Heizkreis 116b liegen. Wie zuvor dargelegt, kann nach dem Erkennen des betroffenen Heizkreises dessen Leistung reduziert werden, beispielsweise um 20% bis 50%. Dann wird in den meisten Fällen die Temperatur in dem Übertemperaturbereich zwar noch höher sein als üblich, aber nicht mehr in einem kritischen Bereich liegen. Dieses Erreichen eines kritischen Bereichs könnte ja im Übrigen sicher und eindeutig erkannt werden. Somit muss nicht die Heizleistung der gesamten Heizeinrichtung reduziert oder abgeschaltet werden.

Durch eine Aufteilung der Größenverhältnisse der Sensorelektrodenabschnitte zueinander könnten auch noch mehr als drei Flächenbereiche überwacht bzw. unterschieden werden. Dies macht aber bei einer hier dargestellten Heizeinrichtung mit drei Heizkreisen wenig Sinn. Erst wenn mehr Heizkreise vorhanden wären oder diese noch einmal untereinander unterteilt wären, würde dies Sinn machen. Gleichzeitig ist aber auch zu beachten, dass die Sicherheit der Erkennung einer Übertemperatur an sich auf alle Fälle Vorrang haben sollte vor sozusagen Zusatzfunktionen wie der Lokalisierung der Übertemperatur. Jedenfalls ist eine hier dargestellte Lokalisierung einer Übertemperatur gut möglich dadurch, dass die Fehlerströme ia und ib in etwa proportional der Flächenverhältnisse der jeweiligen Sensorelektroden sind.

Des Weiteren ist hier auch gut zu ersehen, wie eine vorgenannte Kurzschluss- bzw. Kabelbruchprüfung durchgeführt werden kann. Dazu wird ein entsprechend geeignetes hochfrequentes Signal vom Frequenzanschluss 149 am Mikrocontroller 144 über eine Einkopplung 150 mittels der Sensorzuleitung 139b in die Sensorelektrode 134b eingespeist. Die Einkopplung 150 weist einen Kondensator zur kapazitiven Entkopplung auf. Über die andere Sensorelektrode kann das Signal dann rückgelesen werden mittels der Steuervorrichtung 143, und zwar über deren normalen Anschluss. Wenn hierbei gar kein Signal zurückkommt oder ein erheblich verändertes, beispielsweise um mindestens 5% bis 25% geändertes, so liegt ein Fehlerfall vor. Dies entspricht einer an sich üblichen Kurzschluss- bzw. Kabelbruchprüfung. Dieser kann entweder zur Leistungsreduzierung oder zum Abschalten der Heizeinrichtung 111 führen oder zumindest zur Ausgabe einer entsprechenden Fehlermeldung an einen Benutzer, vorteilhaft optisch und/oder akustisch. In der Fig. 4 ist eine weitere Heizeinrichtung 211 dargestellt, und zwar nicht im abgewickelten Zustand des Trägerrohrs wie bei den Fig. 2 und 3, sondern als Trägerrohr entsprechend Fig. 1 an sich. Während bei den Fig. 2 und 3 die Sensorelektrodenabschnitte kammartig bzw. fingerartig ineinandergreifend ausgestaltet sind, verlaufen Sensorelektrodenabschnitte 237a und 237b von Sensorelektroden 234a und 234b durchgängig nebeneinander, also sozusagen bifilar. Drei Heizkreise 216a, 216b und 216c sind auch hier auf einen Behälter 212 bzw. dessen Außenseite 213 in voneinander getrennten Bereichen aufgebracht. Die Sensorelektrodenabschnitte 237a und 237b verlaufen sozusagen in zwei Doppelwindungen über jeweils einem der Heizkreise 216. Der freie Streifen zwischen zwei Heizkreisen wird von den Sensorelektrodenabschnitten direkt überquert, was in der Praxis aber nicht rechtwinklig sein muss, wie hier dargestellt, sondern auch schräg erfolgen kann.

Auch hier ist zu ersehen, dass die Sensorelektrodenabschnitte 237a und 237b, ähnlich wie bei den Fig. 2 und 3, im Wesentlichen die gesamte Fläche der Heizkreise 216a bis 216c überdecken, also auf Übertemperaturen überwachen können. Dies kann flächenmäßig auch noch besser ausgestaltet sein. Würde bei der Heizeinrichtung 211 ein Übertemperaturbereich wie bei den Fig. 2 und 3 auftreten, so würde er auch durch die Sensorelektrodenabschnitte 237a und 237b erfasst werden können.

Die hier dargestellte, jeweils gleichbleibende durchgehende Breite der Sensorelektrodenabschnitte 237, die bei beiden Sensorelektroden 234a und 234b gleich ist, entspricht in etwa der Fig. 2, es ist also keine Lokalisierung eines Übertemperaturbereichs über einem der Heizkreise möglich. Abweichend davon könnten im Bereich jeweils eines der Heizkreise 216a bis 216c die Breiten der darüber verlaufenden Sensorelektrodenabschnitte 237a und 237b entsprechend der Fig. 3 variieren. Über dem Heizkreis 216a können also die Sensorelektrodenabschnitte 237b doppelt so breit sein wie die Sensorelektrodenabschnitte 237a, über dem Heizkreis 216b können sie gleich breit sein, und über dem Heizkreis 216c können die Sensorelektrodenabschnitte 237a doppelt so breit sein wie die Sensorelektrodenabschnitte 237b. Wie zur Fig. 3 beschrieben, kann durch einen Vergleich der Größen der Fehlerströme, die an den Sensorelektroden 234a und 234b bzw. deren Sensorzuleitungen 239a und 239b erfasst werden können, wieder die Lokalisierung eines Übertemperaturbereichs stattfinden.

Auch bei der Heizeinrichtung 211 der Fig. 4 sollte ein Abstand zwischen den Sensorelektrodenabschnitten 237 stets gleich und des Weiteren relativ gering sein, beispielsweise zwischen 1 mm und 3mm liegen.