ELEKTRISCHE HEIZVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER HEIZVORRICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Heizvorrichtung.

[0002] Eine gattungsgemäße Vorrichtung in Form eines elektrischen Heizkörpers ist aus der EP 0 123 698 B1 der Anmelderin bekannt. Erstmals wies diese Vorrichtung einen aus einer Mehrzahl von Heizkörperelementen mit kreisförmigem Querschnitt zusammengesetzten Heizkörper auf, der eine durchgehende, zylindrische Mantelfläche anbietet, während im Innenraum des zylindrischen Körpers axiale Strömungskanäle für einen Luftstrom sowie diese Strömungskanäle querende Wendelelemente aus Heizdrahtmaterial vorgesehen sind. Im Ergebnis war mit dieser Vorrichtung aus dem Stand der Technik bereits eine kompakte Anordnung realisierbar, die hinsichtlich Fluiderwärmung und Strömungseigenschaften für das Fluid vorteilhafte Eigenschaften aufweist.

[0003] Jedoch hat sich insbesondere bei dieser Vorrichtung der mehrstufige, stückweise Aufbau einer Heizwendel als fertigungstechnisch aufwendig und in der Ansteuerung bzw. im Heizverhalten als problematisch erwiesen. So entstehen nämlich insbesondere durch die zwischen aufeinanderfolgenden, ringförmigen Wendelsegmente Wärmebrücken, und darüber hinaus ist der Spannungsabfall entlang der Kette der aufeinanderfolgenden Wendelsegmente problematisch.

[0004] Ferner ist in dieser Druckschrift der Heizkörper als zylindrischer Körper mit i.w. homogener Außenfläche beschrieben, insbesondere jedoch die wärmeisolierte Montage dieses Körpers etwa in einem Kunststoffgehäuse eines Heissluftgebläses gestaltet sich als schwierig und manuell aufwendig.

[0005] Aus der DE-A-4 343 256 ist ein Warmwassergerät bekannt, welches eine Temperaturfehler-Detektionsschaltung aufweist. Die Schaltung ist mit einer Steuerelektronik ausgerüstet. Die Heizung des Warmwassergeräts wird abgeschaltet, wenn die Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur einen gewissen Wert überschreitet und dies zweifelsfrei nicht auf eine betriebsgemäße Funktionsweise des beschriebenen Warmwassergerätes zurückzuführen ist.

[0006] Schließlich weisen gattungsgemäße, bekannte Heizkörper den Nachteil auf, dass, montagebedingt bzw. durch unvermeidbare Streuungen im verwendeten Material, Toleranzen der Heizwendeln usw. eine Ansteuerung der Heizwendel bis zur theoretisch möglichen Grenzlast oder nahe dieser nicht möglich ist, da sonst innerhalb einer produzierten Serie zahlreiche Geräte durch Überhitzung vorzeitig unbrauchbar werden.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Heizvorrichtung im Hinblick auf ihre Heizeigenschaften, ihre mechanischen und Montageeigenschaften sowie hinsichtlich ihrer maximalen Ansteuerleistung weiter zu verbessern.

[0008] Die Aufgabe wird durch die Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.

[0009] In vorteilhafter Weise ermöglicht es die erfindungsgemäß vorgesehene, elektronische Speichervorrichtung, für die bevorzugt modulartig ausgebaute Heizvorrichtung konkret gemessene, individuelle Parameter direkt am Modul festzuhalten und für eine spätere, elektronische Betriebssteuerung im Gerät, beispielsweise einem Heissluftgebläse, zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass insbesondere ein individueller Temperaturfühler-Messwert gemäß Prüfmessung des betreffenden Heizmoduls im Speicher abgelegt ist, so dass eine mit dem Heizmodul zu verbindende Steuerelektronik dann unter Berücksichtigung dieses individuellen Wertes das Gerät vollständig und bis zur Leistungsgrenze aussteuern kann, ohne dass es etwa zu nachteiligen Auswirkungen auf die Lebensdauer der Heizwendel durch Überbelastung kommt. Darüber hinaus bietet der Speicherbaustein in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, weitere, etwa länder- oder versorgungsnetzspezifische Parameter vorzugeben, so dass eine vorgeschaltete, universell ausgerichtete Steuerelektronik dann mittels dieser Werte dem Benutzer ein individuell auf seine Bedürfnisse sowie auf die jeweiligen Bedingungen vor Ort, so etwa die Netzfrequenzen eines bestimmten Landes, zugeschnittene Vorrichtung anbietet, ohne dass etwa ein Endbenutzer selbst mühsame und/oder fehlerträchtige Einstellungen vornehmen muss.

[0010] Im Ergebnis wird, insbesondere für hochwertige Geräte, der Bedienkomfort und die Leistungsdichte von gattungsgemäßen Heizvorrichtungen deutlich erhöht.

[0011] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0012] So ist es besonders bevorzugt, die erfindungsgemäß verbindbare Steuerelektronik so auszubilden, dass diese dem Benutzer das Vorgeben einer für das zu erwärmende Fluid zu wählenden Solltemperatur ermöglicht, wobei dann die erfindungsgemäße Vorrichtung, durch den erfindungsgemäß ausgangsseitig vorgesehenen Temperaturfühler, das Regeln der Ansteuerung bis zum Erreichen dieser Vorgabetemperatur ermöglicht. Dies erfolgt in ansonsten bekannter Weise durch übliche Regelvorgänge, die besonders bevorzugt auf digitaler Ebene mittels eines aktuellen Temperaturmesswertes (gewonnen durch die Temperaturfühler) einerseits sowie des Vorgabewertes andererseits realisiert werden können.

[0013] Besonders bevorzugt ist es zudem, auch eine aktuelle Ist- bzw. eine Soll-Drehzahl des für den Fluidtransport notwendigen Lüftermotors einzubeziehen. Durch eine umfassende Regelung auf der Basis sowohl der Motor- als auch der Temperaturparameter wird damit zum einen in betriebssicherheitserhöhender Weise sichergestellt, dass Überhitzungen, etwa durch zu geringe Motordrehzahl, nicht vorkommen können, und andererseits wird das Erreichen vorbestimmter Solltemperaturen, falls notwendig, durch Verringern des Luftstroms sichergestellt. Da, wie erwähnt, die vorliegende Erfindung die maximale Ausnutzung der Erwärmungsmöglichkeiten bzw. des Beheizungspotentials der Heizvorrichtung bezweckt, erscheint insbesondere für den Betrieb im Grenzbereich diese Regelung besonders zweckmäßig und vorteilhaft.

[0014] Besonders bevorzugt ist zudem, dem Benutzer eine numerische Ausgabeeinheit zur unmittelbaren Temperaturanzeige (wahlweise Soll- und/oder Ist-Temperatur) anzubieten, da insbesondere professionelle Anwender eine derartige Information, etwa betreffend die tatsächlich erreichte Temperatur, für ihre Arbeit benötigen können. Dabei ist es weiter bevorzugt, diese Temperaturanzeige mit einem zeitlich abhängigen Umschaltmodus zu versehen.

[0015] Vorteilhaft ist ferner, dass der erfindungsgemäße Speicherbaustein zum Speichern einer elektronischen Kennung für eine Netzfrequenz, mit welcher die Heizvorrichtung zu betreiben ist, und/oder für ein Temperaturanzeigeformat (Grad Celsius, Grad Fahrenheit) zur Verarbeitung durch die Steuerelektronik beschreibbar ausgebildet ist.

[0016] In weiterbildungsgemäß vorteilhafter Weise ermöglicht die besondere Ausgestaltung der stegförmigen Abschnitte das gleichzeitige Führen und Halten eines durchgängig spiralförmigen, gewendelten Heizelements, welches auf diesem Wege einfach montiert und gleichmäßig beheizt sowie von dem Fluid umströmt werden kann. Insbesondere im Temperatur-Grenzbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der bei einer Schmelztemperatur der Temperaturwendeln überschritten werden würde, ist eine derartige Ausbildung vorteilhaft und erhöht Lebensdauer und Betriebssicherheit eines mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung realisierten Gerätes gegenüber dem Stand der Technik. Gleichzeitig bleibt jedoch die bewährte, konstruktive Realisierung der Strömungskanäle zwischen benachbarten, sich radial erstreckenden Streben eines Keramikkörpers zwischen einem außenliegenden Ringabschnitt und einem innenliegenden Mittelabschnitt, der, weiter bevorzugt, zusätzlich Kanäle für Zuleitungen od.dgl. aufweisen kann, erhalten.

[0017] Bevorzugt ist es dabei sowohl, dass die spiralförmige Heizwendel durchgängig ausgebildet ist und sich i.w. über die gesamte Länge des Strömungskanals erstreckt, oder aber die spiralförmige Heizwendel in axialer Richtung mehrstückig und separat ansteuerbar ausgebildet ist.

[0018] Ferner ist es zur Erhöhung der Heizleistung weiter bevorzugt, zwei Heizwendeln mit verschiedenen Außendurchmessern, die entlang derselben Achse angeordnet sind, durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung zu führen, wobei in diesem Fall die stegförmigen Abschnitte jeweils zwei benachbarte Ausnehmungen für eine innen- bzw. außenliegende Wendel aufweisen. Weiter bevorzugt ist eine solche Heizwendelanordnung, die zu der gewünschten Heizleistungserhöhung führt, durch getrennte, individuelle Ansteuerung der Einzelwendeln in ihrer Leistung einstellbar, wobei sich sowohl die beschriebenen Ausführungen mit zwei sich über die gesamte Kanallänge des Strömungskanals erstreckenden Einzelwendeln bewährt haben, als auch, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete, Doppelwendelstücke, die separat angesteuert werden.

[0019] Besonders vorteilhaft gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist zudem die zylindrische Mantelfläche jeweils endseitig einen erhöhten Rand auf, realisiert durch entsprechende Ringabsätze an Endstücken der Trägerelemente. Hierdurch entsteht eine besonders einfach und fertigungstechnisch günstig mit einer Isolatorfolie od.dgl. Material bewickelbare Aufnahme, die dann für eine gute Wärmeisolation der so geschaffenen Anordnung in einem umgebenen Gerätegehäuse sorgt.

[0020] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der stegförmigen Abschnitte gemäß dem Wendelverlauf bzw. der Wendelsteigung der Heizwendel(n) ist es notwendig, die einzelnen Trägerelemente während der Montage besonders genau zueinander auszurichten, damit der Spiralverlauf der Wendel nicht unterbrochen wird. Diese notwendige Ausrichtung der Trägerelemente relativ zueinander wird erleichtert durch die weiterbildungsgemäß vorgesehenen Zentrierstücke, die eine verdrehsichere Montage der einzelnen Trägerelemente erlauben.

[0021] Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung sorgt die mit der Heizwendel bzw. dem Temperaturfühler verbundene Steuerelektronik dafür, dass eine Leistungsregelung auf einen vorbestimmten elektrischen Leistungswert, insbesondere das Leistungsmaximum bzw. ein leicht unterhalb des Leistungsmaximums liegender elektrischer Leistungswert, geregelt wird. Genauer gesagt werden gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform Regelungsmittel realisiert, die die Drehzahl des im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Lüftermotors automatisch so beeinflussen (erhöhen), dass die Heizung den vorbestimmten Leistungswert, z.B. 5/6 der Maximalleistung, aufnimmt. Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausführungsform dann, wenn Vorsatzdüsen mit kleinem Öffnungsdurchmesser im Zusammenhang mit der vorliegenden elektrischen Heizvorrichtung am austrittseitigen Ende des Strömungskanals verwendet werden, da insbesondere durch eine Vorsatzdüse mit sehr kleinem Durchmesser die vom Gerät abgegebene Heizenergiemenge sinkt und durch die weiterbildungsgemäße Nachregelung der Lüfterdrehzahl, abhängig lediglich von der aufgenommenen Heizleistung, kompensiert werden könnte.

[0022] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

Fig. 1:

eine perspektivische Ansicht eines Heizkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Mehrzahl scheibenförmiger Heizkörperelemente in montiertem Zustand (best mode);

Fig. 2:

eine Perspektivansicht einer zur Verwendung in der Anordnung gemäß Fig. 1 einsetzbaren, eingängigen, stufenlosen Heizwendel;

Fig. 3:

einen Längsschnitt durch ein gebläseseitiges Endstück der Heizelementanordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 4:

einen Längsschnitt durch ein Mittelstück der Anordnung gemäß Fig. 1 entsprechend einer Schnittansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 6;

Fig. 5:

einen Längsschnitt durch ein auslassseitiges Endstück der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 6:

eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Heizkörperelement der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 7 bis Fig. 10:

Teilschnitte der Strebenbereiche gemäß Schnittlinien VII bis X in Fig. 6;

Fig. 11:

eine Doppelwendelanordnung mit einer innenliegenden und einer außenliegenden Heizwendel zur Verwendung in einer Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12:

eine alternative Ausführungsform zur Wendelanordnung der Fig. 11 mit einer vorderen (stromabwärts gelegenen) sowie einer hinteren (stromaufwärts gelegenen, jeweils bezogen auf ein Gebläse) Heizwendelanordnung aus innenliegender und außenliegender, parallelgeschalteter Heizwendel;

Fig. 13:

eine Perspektivansicht der Heizvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zur Aufnahme der Heizwendelanordnung gemäß Fig. 11 bzw. Fig. 12;

Fig. 14:

eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Heizelement der Anordnung gemäß Fig. 13;

Fig. 15:

eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XV-XV in Fig. 14;

Fig. 16 bis Fig. 19:

Teilschnitte eines Strebenbereichs entlang der Schnittlinien XVI bis XXI in Fig. 14 mit dem Verlauf der Wendelkanäle in Streben des Heizkörperelements der Fig. 14 und

Fig. 20:

ein Blockschaltbild eines Heissluftgebläses mit elektrischen Steuer- und Funktionskomponenten zur Steuerung und zum Betrieb der Heizanordnungen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 13.

[0023] Die Heizvorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht aus einer Mehrzahl zylinderartig aneinandergereihter, scheibenförmiger Heizkörperelemente 10 (neun Elemente im Ausführungsbeispiel der Fig. 1), die jeweils, wie in Fig. 6 gezeigt, einen ringförmigen Außenbereich (Außenring) 12, einen scheibenförmigen Innenbereich 14 sowie eine Mehrzahl den Außenring 12 sowie den Innenbereich 14 verbindende, sich radial erstreckende Streben 16 aufweisen.

[0024] Ein einzelnes Heizkörperelement 10, wie in der Schnittansicht der Fig. 4 gezeigt, weist einen Außendurchmesser von ca. 35 mm auf und ist ca. 9 mm tief. Zur ergänzenden Ausrichtung der Elemente nebeneinander gemäß Fig. 1 ist mantelseitig eine Markierungsrille 31 vorgesehen, die sich bei korrekt aneinandersitzenden Einzelelementen 10 zu dem in Fig. 1 gezeigten, durchgehenden Strichmuster ergänzt.

[0025] Der Innenbereich 14 weist eine Mehrzahl i.w. kreisförmiger Durchbrüche 18 auf, die, in der Anordnung der Fig. 1, zueinander fluchtend ausrichtbar sind und so sich durch die Heizkörperanordnung der Fig. 1 längs erstreckende, durchgängige Kanäle ausbilden. Genauer gesagt weisen die bevorzugt aus keramischem Material gefertigten Heizkörperelemente 10 einen vierkantförmigen Durchbruch 19 im Zentrum des Innenbereichs 14 auf, durch welchen ein in der Fig. 1 lediglich schematisch angedeutetes, vierkantförmiges Spannelement 20 geführt werden kann und so für einen festen, verdrehsicheren Halt der Mehrzahl von Elementen 10 sorgt. Darüber hinaus sind auf dem scheibenförmigen Innenbereich 14 jedes Heizkörperelements 10 vier kegelförmige Vorsprünge in Form von Zentrierspitzen 22 um den Mittelpunkt herum angeordnet, welche in jeweils zugeordnete Zentrierbohrungen eines in der Anordnung der Fig. 1 benachbarten Elements eingreifen und so für eine exakte Positionierung der einzelnen Elemente zueinander sorgen.

[0026] Beidseits der Mehrzahl der Heizkörperelemente 10 in Fig. 1 sind Endstücke vorgesehen, und zwar ein eintrittseitiges (gebläseseitiges) Endstück 24, welches einem Gebläsemotor zur Förderung eines Fluids (bevorzugt Luft) durch die Heizkörperanordnung hindurch, benachbart sitzt, sowie am gegenüberliegenden Ende ein austrittsseitiges Endstück 26. Beide Endstücke 24, 26 begrenzen auf diesem Wege die Heizkörperanordnung der Fig. 1, wobei, wie sich aus der Gegenüberstellung der Längsschnitte durch die Einzelelemente 10, 24, 26 der Fig. 3 bis 5 ergibt, sowohl das eintrittsseitige Endstück 24 als auch das austrittsseitige Endstück 26 jeweils einen Ringabsatz zu ihrer jeweiligen, außenliegenden Endfläche hin aufweisen. Ein Ringabsatz 28 des austrittsseitigen Endstücks 26 bildet dabei einen etwas geringeren Außendurchmesser aus, als ein Ringabsatz 30 des eintrittsseitigen Endstücks 24. Durch die Ringabsätze 28, 30 entsteht ein beidseits von einem Rand begrenzter, durch die Außenflächen der jeweiligen Heizkörperelemente 10 gebildeter Mantelabschnitt, welcher zum Bewickeln mit einer Isolierfolie ausgebildet und vorgesehen ist. Genauer gesagt ermöglicht es diese Anordnung, Isolierfolie kompakt, positionsgenau und mechanisch zuverlässig auf die Heizkörperanordnung der Fig. 1 aufzubringen, ohne dass hierfür gesonderte Vorkehrungen zur Führung oder Befestigung der Isolierfolie getroffen werden müßten.

[0027] Die in der Fig. 2 gezeigte, eingängige und stufenlose Heizwendel 32 verläuft im Inneren der Heizkörperanordnung der Fig. 1, und zwar werden die gewendelten Abschnitte der Heizwendel 32 durch an geeigneter Stelle in den Streben 16 der Heizkörperelemente 10 gebildete Ausnehmungen bzw. Durchbrüche geführt. Dieser Mechanismus ergibt sich aus der Abfolge der Teilschnittansichten gemäß Fig. 7 bis Fig. 10, welche den Verlauf einer in der jeweiligen Strebe 16 gebildeten Ausnehmung 34 zeigen. Die Fig. 7 bis Fig. 10, die den Verlauf über einen Umfangswinkel von etwa 120° des Heizkörperelements 10 der Fig. 6 zeigen, verdeutlichen, wie die Ausnehmung 34 bzw. der verbleibende Steg 16 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender Streben sich so kontinuierlich verändern bzw. verschieben, dass der Wendelform bzw. dem Wendelverlauf kontinuierlich gefolgt wird und die in das Heizkörperelement 10 eingelegte Heizwendel 32 durch die Abfolge der Streben in Umfangsrichtung stufenlos und spiralförmig entlang ihrer Steigung geführt und unterstützt wird. Insgesamt bildet so jedes scheibenförmige Heizkörperelement 10 eine Unterstützung für eine volle Umdrehung der Wendel 32, so dass durch Aneinandersetzen einer Mehrzahl von Heizkörperelementen 10 eine entsprechend lange Wendel gehalten und geführt werden kann. Wie in der Fig. 2 gezeigt, können sowohl eine austrittsseitige Zuleitung 36 als auch eine eintrittsseitige Zuleitung 38 durch entsprechende Durchbrüche 18 des Heizkörperelements 10 längs der Erstreckungsrichtung der Heizkörperanordnung der Fig. 1 bis zum Anschlussende geführt werden, wobei die Durchbrüche 18, wie in der Fig. 6 gezeigt, hierfür geeignet auch in radialer Richtung Öffnungen aufweisen.

[0028] Ergänzend bietet die Anordnung der Heizkörperelemente 10 mit den Durchbrüchen im Innenbereich der jeweiligen Einzelelemente Kanäle für zusätzliche Leitungen, etwa für einen am austrittsseitigen Endstück 26 vorsehbares Thermoelement, an, dessen Zuleitungen dann in entsprechender Weise am eintrittsseitigen Ende mit zugehöriger Auswerteelektronik verbunden werden können.

[0029] Im betriebsfertigen Gerät verläuft die in der Fig. 2 gezeigte Wendel, in der oben beschriebenen Weise geführt, im Bereich der Streben 16 zwischen Außenring 12 und Innenbereich 14 eines jeweiligen Heizkörperelements. Damit ist sichergestellt, dass Luft, die in Pfeilrichtung 42 in das eintrittsseitige Ende der Heizkörperanordnung der Fig. 1 eintritt, durch den vom Außenring 12 und Innenbereich 14 begrenzten, hohlzylindrischen Bereich geleitet wird, mit optimierter Angriffsfläche die Wendel umströmen kann und so mit bestem Wirkungsgrad aus der Anordnung, auf eine Austrittstemperatur von z.B. 600° beheizt, austreten kann.

[0030] Durch die stufenlose Ausbildung der Heizwendel findet darüber hinaus eine gleichmäßige, brückenlose Beheizung dieser Wendel und damit des Luftstroms statt, wodurch insbesondere die Lebensdauer der Vorrichtung beträchtlich erhöht werden kann. Schließlich ist es zudem weiterbildungsgemäß möglich, zum austrittseitigen Ende der Anordnung hin -- da dort bereits erwärmte Luft fließt -- eine geringere Wicklungs- bzw. Wendeldichte der Wendel vorzusehen, als auf der Eintrittsseite, wobei, weiter bevorzugt, diese Variation entlang der Wendelausdehnung auch stufenlos erfolgen kann.

[0031] Unter Bezug auf die Fig. 11 bis 19 wird im weiteren eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die insoweit als beste Ausführungsform (best mode) angesehen wird.

[0032] Die in Fig. 13 in der Perspektivansicht montiert gezeigte zweite Ausführungsform besteht, analog der ersten Ausführungsform, aus einer Aneinanderreihung einzelner Heizkörperelemente 44, die mittels einer Markierungslinie 46 zueinander ausgerichtet sind und beidends von einem anschlussseitigen Endstück 48 bzw. einem austrittsseitigen Endstück 50 begrenzt werden. Wiederum bilden hier beide Endstücke 48, 50 einen Rand für eine zwischenliegende, durchgehende Mantelfläche aus, die in der vorbeschriebenen Weise mit Isolierpapier umwickelt werden kann. Geometrisch unterscheidet sich die Anordnung der Fig. 13 von der Vorrichtung nach Fig. 1 durch einen etwas grösseren Außendurchmesser der mittleren Heizkörperelemente 44, nämlich im beschriebenen Ausführungsbeispiel ca. 45 mm, sowie durch eine etwas andere Anordnung von im Innenbereich 52 eines jeweiligen Einzelelementes liegender Durchbrüche 54 für die Zuleitungen zu den Heizelementen.

[0033] Genauer gesagt sieht diese Ausführungsform vor, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt, dass eine (Fig. 11) bzw. zwei (alternative Ausführungsform Fig. 12) Doppelwendel(n) für die Erwärmung des Luftstroms zwischen Innenbereich und außenliegendem Ringabschnitt der jeweiligen Heizkörperelemente 44 sorgen. Wie nämlich anhand der Schnittansicht der Fig. 15 durch ein mittleres Heizkörperelement 44 gezeigt (bei einem Durchmesser von 45 mm ist das Element im gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 8 mm dick), können im Bereich der Streben 58, die den Ringabschnitt 56 mit dem Innenbereich 52 verbinden, zwei Wendeln mit unterschiedlichem Wendeldurchmesser geführt werden, und die Streben 58 weisen hierfür entsprechend wendelförmig verlaufende bzw. umfangsweise abgestufte Ausnehmungen 60 auf. Wie die Abfolge der Fig. 16 bis 19 entlang der Umfangsrichtung der Fig. 14 verdeutlicht, ist zudem die Steigung einer innenliegenden Wendel 59, erkennbar durch innenliegende Ausnehmungen 60_a, geringer als die Steigung einer außenliegenden Wendel 61, geführt in zugehörigen, äußeren Ausnehmungen 60_b in den jeweiligen Streben 58. Auch hier ist jedoch erfindungsgemäß realisiert, dass die Wendeln kontinuierlich und stufenlos geführt werden können; im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 12 jedoch in zwei Abschnitten, die in einem vorderen, austrittseitigen Doppelwendelabschnitt 62 und einem hinteren, gebläseseitigen (eintrittseitigen) Doppelwendelabschnitt 64 aufgeteilt sind und jeweils aus einer Parallelschaltung von innerer und äußerer Wendel bestehen. Die Zuführung des Fluids erfolgt wiederum aus der Richtung der Anschlüsse bzw. Zuleitungen zu den Wendeln.

[0034] Wie die Draufsicht auf ein Element 44 der Fig. 15 verdeutlicht, ist durch die Doppelwendelheizung die Anzahl der Zuleitungen höher, und entsprechend erhöht sich die Anzahl der im Innenbereich 52 vorgesehenen Durchbrüche 54. Wie zudem aus Fig. 14 bzw. Fig. 15 zu erkennen ist, findet, analog der Zentrierkegel der Fig. 6, ein Ausrichten benachbarter Heizkörperelemente 44 zueinander zur Anordnung der Fig. 13 mittels kegelstumpfförmiger Erhebungen 66 statt, die um den Umfang verteilt, auf dem Ringabschnitt 56 vorgesehen sind und in der dargestellten, nicht radial symmetrischen Anordnung eine eindeutige Fixierung der Einzelelemente zueinander in Umfangsrichtung definieren.

[0035] In montiertem Zustand der Fig. 13 nimmt die gezeigte Anordnung der Heizkörperelemente entweder die einstückige Doppelwendel der Fig. 11, oder aber die geteilte Doppelwendel der Fig. 12 auf, wobei durch entsprechende Verschaltung bzw. Ansteuerung dieser Wendelanordnungen jeweils zwei Leistungsstufen aktiviert werden können: Hinsichtlich der Fig. 11 würde eine erste (niedrige) Heizstufe das Aktivieren lediglich der inneren Heizwendel 59 vorsehen, und auf einer zweiten, höheren Heizstufe würde dann die Parallelschaltung beider Heizwendeln 59, 61 aktiviert werden.

[0036] Dagegen besteht bei der Fig. 12 sowohl der hintere als auch der vordere Doppelwendelabschnitt 64, 62 jeweils bereits aus einer Parallelschaltung der entsprechenden Widerstandsheizelemente, und entsprechend würde eine erste Heizstufe das Aktivieren eines der beiden Doppelwendelabschnitte vorsehen, um dann bei Volllast in einer zweiten Heizstufe den jeweils anderen zusätzlich zu aktivieren.

[0037] Eintrittsseitig (d.h. auf den Lüftermotor gerichtet) weisen die vorbeschriebenen Ausführungsformen einen in den Fig. nicht gezeigten Anschlusskopf auf, welcher, neben geeigneten Steckerstiften zum Anschluss des jeweiligen Heizkörpers an die zugeordnete Elektronik, ein EEPROM als mit den elektrischen und Prüfdaten einer jeweiligen Vorrichtung beschriebenes Speicherelement trägt. Genauer gesagt sind in diesem elektronischen Speicherbaustein individuelle Daten hinsichtlich Heizungstyp (einstufig/zweistufig, eine Wendel bzw. zwei Wendeln), Temperaturparameter (z.B. Anzeige in Grad Celsius oder Grad Fahrenheit), weitere Abgleichwerte (konkretes Temperaturverhalten) und Produktionsdaten gespeichert. Am diesem Anschlusskopf gegenüberliegenden Ende sitzt austrittsseitig ein in den Fig. nicht gezeigtes Thermoelement, dessen Temperaturinformation dann ebenfalls über den Anschlusskopf abgegriffen werden kann.

[0038] Unter Bezug auf das Blockschaltbild der Fig. 20 wird im weiteren die elektrische Beschaltung sowie die Steuerung bzw. der Signalfluss beim Betrieb der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschrieben, wobei die in der Fig. 20 gezeigte Elektronik 68 auf einem geeigneten Träger, etwa einer Platine, im Gehäuse eines Heissluftgebläses enthalten ist und elektrisch mit den Anschlüssen am Heizmodul 70 (genauer: dem Anschlusskopf an den in den Fig. 1 bzw. 13 gezeigten Anordnungen) kommuniziert. In den Fig. sind die Komplexe "Elektronik" 68 bzw. "Heizmodul" 70 durch jeweils gestrichelte Linien voneinander abgegrenzt, wobei zur Elektronik 68 auch noch der Lüftermotor 72 in Form eines bürstenlosen DC-Motors gerechnet wird (der im montierten Zustand Luft durch die beschriebenen Anordnungen leitet), ferner eine Motorsteuereinheit 74 zur elektronischen Ansteuerung des Motors 72 sowie zur Erfassung einer Ist-Drehzahl des Motors n_ist, die entsprechende Halbleiterbauelemente, ein Schaltnetzteil und ein Steuer-ASIC für den Motor aufweist und in nachfolgend zu beschreibender Weise von einem zentralen, prozessorgesteuerten Regelkreis angesteuert wird. Eine Heizungs-Steuereinheit 76 weist Triacs zum Schalten der Heizwendel sowie Optokoppler zur Nulldurchgangsdetektion auf, um den Einschaltzeitpunkt mit hinreichender Genauigkeit bestimmen zu können.

[0039] Genauer gesagt wirkt die Steuereinheit 76 mit dem ersten Heizstrang 78 und einem zweiten Heizstrang 80 zusammen (im Fall des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 entfällt der zweite Heizstrang; im Fall der Fig. 12 für das zweite Ausführungsbeispiel bedeuten die Heizstränge die innere bzw. äußere Heizwendel 59, 61, und im Fall der Fig. 12 den vorderen bzw. hinteren Doppelwendelabschnitt 62, 64).

[0040] Das Heizmodul 70 ist in der Realisierung der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 13 so dimensioniert, dass die Oberflächentemperatur des Heizdrahtes für die Wendeln nahe an dessen Schmelzpunkt liegt, so dass es zur Aufrechterhaltung einer zu garantierenden Betriebsdauer notwendig ist, dass jede individuell gefertigte Heizanordnung an der jeweils heissesten Stelle von einem Prüfgerät vermessen wird, wobei dann die so erfassten, spezifischen Eigenschaften der Heizung für die elektronische Ansteuerung bzw. die Parametrisierung des Betriebsverfahrens zugänglich gemacht werden können. Aus diesem Grund ist der vorerwähnte EEPROM, Bezugszeichen 82 im Blockschaltbild der Fig. 20, unmittelbar am Heizmodul vorgesehen und enthält die jeweils produktspezifischen Daten wie folgt:

[0041] Nach der Vermessung auf einem Prüfplatz ist vor allem der Messwert einer Thermoelementspannung eines ebenfalls am Heizmodul vorgesehenen, als Cr-Ni-Cr-Thermoelement realisierten Thermoelements 84 bei einer Temperatur von z.B. 600°C (maximale, gewünschte Betriebstemperatur) an der jeweils heissesten Stelle gespeichert. Darüber hinaus sind in dem Speicherbaustein folgende technische Informationen abgelegt: Ein Kenner für das Versorgungsnetz bzw. die Netzfrequenz eines vorgesehenes Betriebslandes, da, wie nachfolgend noch zu erläutern sein wird, die Ansteuerung für die Motoreinheit bei Betreiben an einem 50 Hz-Netz gegenüber einem 60 Hz-Netz verändert erfolgt. Darüber hinaus ist ein Wert für die Raumtemperatur angegeben, welcher bei einer Temperaturmessung ohne Heizbetrieb angezeigt wird (Anzeige-Offset); es ist ein Indikator vorhanden, ob eine an späterer Stelle zu erläuternde, zentrale Steuereinheit für die Temperaturanzeige die auszugebende Temperaturwerte in Grad Celsius oder Grad Fahrenheit aufbereiten muss, es sind darüber hinaus weitergehende Reglerparameter für verschiedene Motordrehzahlbereiche gespeichert, die die zentrale Steuereinheit zur Motorregelung verwendet, und es findet mittels vorgegebener Parameter eine Vorgabe zur Steuerung der Trägheit einer Anzeigesteuerung statt. Ferner enthält der Speicherbaustein 82 einen Referenz-Temperaturwert für eine Temperaturkompensation mittels eines Kompensations-Messelementes 86 (das Thermoelement 84 erzeugt als Thermospannung einen Messwert relativ zu einer Vergleichsstelle. Da jedoch diese Referenzpunkt bei Betrieb des Gerätes erwärmt wird, kann mittels des Kompensations-Messelements 86, z.B. einem NTC, die Temperatur dieser Vergleichsstelle gemessen werden, um den entstehenden Fehler zu kompensieren).

[0042] Weitere, individuell einem Heizmodul zugeordnete Parameter sind Angaben über einen Heizungstyp (ein bzw. zwei Heizstränge), Dauer einer Anzeige eines von einem Benutzer einzustellenden Temperatur-Sollwertes (statt eines permanent angezeigten Temperatur-Istwertes), eine automatische Drehzahlabsenkung bei hohen Temperaturwerten sowie weitere Statusangaben. Im Ergebnis stellt der spezifisch programmierte Speicherbaustein 82 sämtliche heiz- und temperaturrelevanten Parameter bereit, um der angeschlossenen Elektronik 68 die Basis für eine Motor- und Heizungsregelung zu bieten, die die Belastbarkeit der Heizwendeln maximal ausnutzt und trotzdem keinen unbeabsichtigten Verschleiss des Materials herbeiführt. Bei diesem individuell für jedes Heizmodul erstellten Speicherbaustein ist, wie erwähnt, die wichtigste Information die konkret gemessene Thermoelementspannung des Ni-CrNi-Elements 84 bei maximaler Betriebstemperatur.

[0043] Die Heizeinheit 70 wird von einer in dem Elektronikmodul 68 vorgesehenen, zentralen Steuereinheit gemäß den Vorgaben des Benutzers bzw. den im Speicherbaustein 82 abgelegten Parametern angesteuert, wobei die Steuereinheit, in der Fig. 20 durch die gestrichelte Linie 88 angedeutet, die folgenden Funktionskomponenten aufweist (diese können sowohl durch dezidierte Hardware-Schaltungen realisiert sein, wie dem Fachmann unmittelbar klar ist, oder aber Funktionalitäten eines mit entsprechender Software versehenen Mikrocontrollers od. dgl. Prozessorelements sein). Ein Abgleichund Prüfmodul 89 empfängt die Parameterdaten des EEPROM 82 aus dem Heizmodul und lädt darüber hinaus weitere, von einem separaten EEPROM 90 gelesene Parameter und Vorgaben.

[0044] Nach Durchführen einer Abgleich- und Plausibilitätsprüfung nach Betriebsbeginn des in Fig. 20 gezeigten Heissluftgeräts, die bei einem kritischen Fehler zum Abschalten der Heizung und zur Ausgabe einer Servicemeldung auf einem Anzeigebaustein 92 (Anzeigemodul mit zugehörigem Ausgabe-Controller) führt, beginnt die Heizungs- und Motoransteuerung, wobei zu diesem Zeitpunkt bereits geprüft worden ist, ob eine Heizung auf das Gerät gesteckt ist, welche Konfiguration diese Heizung besitzt und welche konkreten Temperaturparameter bei dieser Heizung gemessen und gespeichert worden sind.

[0045] Über eine Verstärkereinheit 94 wird eine aktuelle, vom Thermoelement 84 abgegebene Thermospannung verstärkt und einem A/C-Wandler 96 als Ist-Temperatur T_ist zugeführt. Der A/C-Wandler der zentralen Steuereinheit 88 empfängt darüber hinaus einen extern vom Bediener vorgegebenen Temperatursollwert T_soll sowie einen Drehzahl-Sollwert n_soll. Weiterhin wird eine Kompensationstemperatur T_comp des Kompensationsmesselements 86 eingelesen. Schließlich empfängt der AD-Wandler 96 noch die aktuelle Motordrehzahl n_ist der Motorsteuereinheit 74, wobei mittels einer Fehlererkennungseinheit 98, die einer Motorregelungseinheit 100 nachgeschaltet ist, eine Überwachung der tatsächlichen Motordrehzahl n_ist durchgeführt wird. Sollte nämlich etwa die Drehzahl des Motors, z.B. durch Verschmutzung oder Fremdkörper auf dem Schaufelrad, zu weit absinken und damit einen notwendigen Luftfluss durch den Heizkörper nicht mehr ermöglichen, schaltet die zentrale Steuereinheit 88 die Heizstränge 78 und ggf. 80 ab und gibt auf der Anzeigeeinheit 92 eine entsprechende Fehler- bzw. Servicemeldung aus.

[0046] Eine im bidirektionalen Datenaustausch mit der Motorregelungseinheit 100 dargestellte Temperaturregelungseinheit 102 ist als digitaler PI-Regler realisiert. Eine Interaktion zwischen der Motorregelung 100 und der Temperaturregelung 102 erfolgt insoweit durch gegenseitige Beeinflussung, als etwa eine Erhöhung der Motordrehzahl eine Änderung des Regelverhaltens für die Temperatur bewirkt, und eine Erhöhung der Temperatur eine Absenkung der Motordrehzahl, da die Luftmengeleistung des Lüftermotors so groß ist, dass die Temperaturregelung ohne eine automatische Absenkung der Motordrehzahl bei hohen Solltemperaturen nicht in der Lage wäre, die geforderte Temperatur einzustellen.

[0047] Der Benutzer kann entsprechend durch Vorgeben einer Solltemperatur, die auf der Anzeigeeinheit 92 in Form einer digitalen, mehrstelligen (z.B. 7-Segment-Anzeige) Anzeigeeinheit dargestellt wird, einen gewünschten Temperaturwert der aus dem Gerät austretenden Heissluft vorwählen, und es wird dann durch die zentrale Steuereinheit 88 gemäß aktuell erfasstem Temperatur-Istwert T_ist die Steuerleistung für die Heizung erhöht, bis der vorgegebene Sollwert erreicht ist. Daraufhin wird im Wege einer Regelschleife die Temperatur auf dem gewünschten Pegel gehalten. Je nach Vorgabe ermöglicht es das Anzeigemodul 92, den von dem Bediener eingestellten Sollwert für eine vorbestimmte Zeit seit der Bedienung eines Stellelements anzuzeigen, bis zurück in einen Anzeigemodus für eine tatsächliche Ist-Temperatur T_ist zurückgeschaltet wird.

[0048] Auf die beschriebene Weise ist es somit möglich, mit einem einsträngigen Heizmodul (Ausführungsbeispiel der Fig. 1) ein Heissluftgerät einer Leistung von etwa 1.700 Watt zu realisieren, während ein zweisträngiger Apparat (Fig. 13) eine Heizleistung von etwa 3.400 Watt bei, wie oben beschrieben, kompakten Abmessungen und langer Lebensdauer im Dauerbetrieb, ermöglicht.

[0049] Gemäß einer weiteren, bevorzugten Realisierungsform der vorliegenden Erfindung findet eine Ansteuerung der einoder zweisträngigen Heizwendeln bei Minimierung etwaiger Netzstörungen und Netzrückwirkungen statt. Zu diesem Zweck wird die gesamte Last für jeden Heizstrang jeweils während vollständiger Halbwellen der Versorgungsspannung geschaltet, wobei, in Abhängigkeit von einem jeweiligen Schaltmuster, eine stufenweise Leistungsstellung durch Steuerung dieses die ein- bzw. ausgeschalteten Halbperioden angebenden Schaltmusters erfolgen kann. Genauer gesagt wird ein Schaltmuster innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode T = k x 3.000 / [Netzfrequenz in Hz] gewählt, wobei k eine ganzzahlige, natürliche Zahl > = 2 ist und das Schaltmuster innerhalb jeder Periode T konstant bleibt. Für eine Netzfrequenz von 50 Hz ist damit eine Zeitperiode T = 60 ms oder ein ganzzahliges Vielfaches davon, und innerhalb dieser 60 ms werden jeweilige Halbwellen ein- oder zweisträngig so geschaltet, dass der gesamte, geschaltete Gleichleistungsanteil innerhalb einer Periode Null bleibt. Während bei nur einem Heizstrang hierdurch vier realisierbare Schaltstufen (0, 1/3, 2/3, voll) entstehen, ergeben sich bei einer Heizung mit zwei unabhängig voneinander geschalteten Strängen (jedoch während derselben Periode T) insgesamt sieben Leistungsstufen durch Variation des Schaltmusters für jeweils ganze, geschaltete Halbwellen.

[0050] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Regelung vorgesehen, die insbesondere bei einem Gebrauch einer Vorsatzdüse mit kleinem Durchmesser vor dem Fluidaustritt dafür sorgt, dass durch eine solche, den Austrittsquerschnitt verringernde Düse die abgegebene Heizenergiemenge nicht absinkt.

[0051] Dieser Weiterbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von der vorliegenden elektrischen Heizvorrichtung auf ein Werkstück transportierbare (Wärme-) Energiemenge i.w. von der zugeführten elektrischen Leistung sowie von dem vom Lüfterrad erzeugten dynamischen Druck im Heizelement abhängig ist; der dynamische Druck ist dabei ein Maß dafür, wieviel Fluid (Luft) bei einem vorbestimmten Auslassquerschnitt von dem Lüfterrad transportiert werden kann. Bei sinkender Drehzahl des Lüfterrades sinkt (in der praktischen Realisierung fast proportional) der dynamische Druck innerhalb des Heizelementes und somit die auf das Werkstück übertragbare Wärmeenergiemenge bei konstanter Temperatur. Benutzt ein Anwender nunmehr eine Vorsatzdüse mit einem sehr kleinen Durchmesser (also einem entsprechend kleinen Auslassquerschnitt), sinkt die vom Gerät abgegebene Energiemenge nochmals, da durch die Querschnittsverkleinerung der Düse bei konstant gehaltenem Innendruck die geförderte Luftmenge sinkt und entsprechend der Regler die Leistungsaufnahme der Heizwendel verringert, da er nun mit einer kleineren elektrischen Leistung die geforderte Temperatur einstellen kann.

[0052] Gegenstand der beschriebenen Weiterbildung mittels des Lüfterrad-Regelungskonzeptes ist es nunmehr, automatisch die Lüfterdrehzahl soweit zu erhöhen, dass die Heizung im Mittelwert z.B. 5/6 der maximalen elektrischen Heizleistung aufnimmt. Solange der aktuelle Motordrehzahlwert unterhalb der eigentlich eingestellten Solldrehzahl liegt und die Ansteuerung der Heizwendel nicht mehr als 5/6 der Maximalleistung zur Temperatursteuerung verwenden muss, wird durch einen Regelkreis in der zentralen Steuereinheit die Drehzahl automatisch bis an das maximal mögliche Produkt aus Luftmenge und elektrische Heizleistung auf- bzw. angeregelt.

[0053] Würde beispielsweise bei voreingestellter, maximaler Solldrehzahl und einer Temperatur von 600°C durch den Anwender die zentrale Steuereinheit (Micro-Controller) ansonsten die Motordrehzahl auf einen festen, voreingestellten Wert absenken, der bei normalem Betrieb der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung der maximale mögliche Drehzahlwert bei der geforderten Temperatur ist, würde hier bei Verwendung einer kleinen Vorsatzdüse die aufgenommene elektrische Leistung sinken, da die geförderte Luftmenge sinkt und somit die Temperaturregelung die elektrische Leistung der Heizung reduziert.

[0054] Die weiterbildungsgemäß vorgesehene Drehzahlregelung würde bei denselben Einstellungen im normalen Betrieb (d.h. ohne Vorsatz) in derselben Weise funktionieren, dagegen jedoch bei Verwendung einer Vorsatzdüse mit kleinem Querschnitt dazu führen, dass die Steuereinheit die Turbinendrehzahl solange erhöht, bis etwa 5/6 (Beispielwert) der gesamten Heizleistung im Mittel erreicht sind, oder die Solldrehzahl gleich der Istdrehzahl ist.

[0055] Auf diese Weise kann auf effektive und steuerungstechnisch leicht zu implementierende Weise der üblicherweise mit der Verwendung von engen Auslassdüsen verbundene Effekt einer Reduzierung der zur Verfügung stehenden Heizenergie ausgeglichen werden.

[0056] Im Ergebnis ermöglicht es die beschriebenen Steuerschaltungsvarianten zusammen mit einem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele für das Heizmodul, eine Heizvorrichtung für ein Fluid, insbesondere ein Heissluftgebläse, zu schaffen, welches in ausserordentlich leistungsfähiger bei noch kompakter Bauweise hohe Heizleistungen mit einer genauen Temperaturregelung, die in überaus benutzerfreundlicher Weise mit einer von dem Benutzer einzustellenden Solltemperatur arbeitet, zu kombinieren. Heizmodulspezifische Parameter und Temperaturdaten gestatten in diesem Zusammenhang maximale Steuerleistungen, ohne die Lebensdauer der hochbelasteten Heizstränge zu gefährden.

Ansprüche

1. Elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fluids, insbesondere eines Luftstroms, mit einer zur Aufnahme mindestens einer Heizwendel (32) ausgebildeten Trägervorrichtung, die eine Mehrzahl von axial aneinander ansetzbaren, zum Herstellen mindestens eines durchgehenden, sich axial erstreckenden Strömungskanals für das Fluid ausgebildeten Trägerelementen (10; 44) aufweist,
gekennzeichnet durch
einen austrittsseitig vorgesehenen, elektrischen Temperaturfühler (84), dessen Zuleitungen (40) zu einem eintrittsseitigen Anschlussmodul an der Heizvorrichtung geführt sind, wobei das mit einer Steuerelektronik verbindbare Abschlussmodul einen elektronischen, der Heizvorrichtung individuell zugeordneten Speicherbaustein (82) trägt, der zum nicht-flüchtigen Festhalten von individuellen Meß- und Prüfwerten der Heizvorrichtung, einschließlich eines individuellen Prüfwertes des Temperaturfühlers bei einer Betriebstemperatur, ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen des elektrischen Temperaturfühlers in axialer Richtung durch zugeordnete Durchbrüche (18; 54) der Trägerelemente (10; 44) hindurch zum Anschlussmodul geführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der mindestens einen Heizwendel verbundene Steuerelektronik (68) zum Einregeln einer von einem Benutzer vorgebbaren Solltemperatur für das Fluid in Abhängigkeit von dem individuellen Prüfwert sowie eines aktuellen Temperatursignals des Temperaturfühlers (84) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik zum Erfassen einer Drehzahl eines das Fluid durch die Heizvorrichtung bewegenden Lüftermotors (72) und zum elektronischen Regeln der Fluidtemperatur in Abhängigkeit sowohl von einer tatsächlichen Ist-Drehzahl als auch einer vorgebbaren Solldrehzahl des Lüftermotors ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit der Steuerelektronik verbundene Anzeigeeinheit (92), die zum numerischen Ausgeben einer aktuellen Ist- und/oder einer von einem Benutzer vorgebbaren Solltemperatur des Fluids ausgebildet ist und bevorzugt in Abhängigkeit von einem im Speicherbaustein (82) gespeicherten Parameter die Temperaturen in Grad Celsius oder Grad Fahrenheit ausgibt, wobei weiter bevorzugt eine manuell betätigbare Einheit zum Vorwählen einer Solltemperatur für das Fluid vorgesehen ist, wobei die Anzeigeeinheit (92) als Reaktion auf eine manuelle Betätigung der Vorwahleinheit für einen vorbestimmten Zeitraum zum Anzeigen der Solltemperatur und daraufhin zum Umschalten und zum Anzeigen der Ist-Temperatur ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Strömungskanal bestimmende, stegförmige Abschnitte (16; 58) der Trägerelemente (10; 44) Ausnehmungen (34; 60) zum Halten und Führen der mindestens einen spiralförmigen Heizwendel aufweisen, die, entlang einer Umfangsrichtung der Trägerelemente, aufeinanderfolgend so ausgebildet und bemessen sind, dass die Aufnehmungen einer konstanten Steigung der Heizwendel kontinuierlich über eine Mehrzahl benachbarter Triggerelemente folgen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stegförmigen Abschnitte der Trägerelemente zum Halten und Führen von zwei Heizwendeln (59, 61) ausgebildet sind, die axial zueinander angeordnet sind, unterschiedlich grosse Spiraldurchmesser aufweisen und bevorzugt separat mit elektrischer Betriebsspannung ansteuerbar sind.

8. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung der mindestens einen Heizwendel der elektrischen Heizvorrichtung mit einem Wechselstrom durch Ein- oder Ausschalten des Wechselstroms mit vollen Halbperioden und für jeweils ganze geschaltete Halbwellen erfolgt, wobei ein Schaltmuster des Ein- oder Ausschaltens so gebildet ist, dass innerhalb aufeinanderfolgender Zeitperioden T = k x 3.000/f mit k = ganze natürliche Zahl ≥ 2 und f = Frequenz des Wechselstroms, der eingeschaltete Gleichstromanteil zu Null wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb derselben Zeitperiode T zwei Heizwendeln unabhängig voneinander geschaltet werden, wobei der kumulierte eingeschaltete Gleichstromanteil beider Wendeln zu Null wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine innenliegende und eine außenliegende von zwei entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichteten, spiralförmigen Heizwendeln geschaltet werden, oder dass eine stromabwärts sowie eine stromaufwärts liegende Doppelwendel, die entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, geschaltet werden.

Claims

1. Electrical heating device for heating a fluid, particularly an airflow, having a supporting device designed so as to receive at least one heating coil (32), said supporting device having a plurality of support elements (10; 44) which can be added to each other in axial direction and are designed for producing at least one continuous, axially extending flow channel for the fluid,
characterized by
an electrical temperature probe (84) provided for at the exit side, the supply lines (40) of which are led to a connecting module located at the entry side of the heating device, the end module which is connectable with a control electronics supporting an electronic storage component (82) which is individually allocated to the heating device and provided for keeping individual measured values and test values of the heating device in a non-volatile way, including an individual test value of the temperature probe at a working temperature.

2. Device according to claim 1, characterized in that the supply lines of the electrical temperature probe are led in axial direction through allocated openings (18; 54) of the support elements (10; 44) to the connecting module.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control electronics (68) connected with the at least one heating coil is designed for controlling a desired fluid temperature that can be preset by a user, depending on the individual test value and a current temperature signal of the temperature probe (84).

4. Device according to one of the claims 1 to 3, characterised in that the control electronics is designed for recording a rotational speed of a fan motor (72) moving the fluid through the heating device and for electronically controlling the fluid temperature, depending both on a real actual speed and on a preselectable desired speed of the fan motor.

5. Device according to one of the claims 1 to 4, characterised by a display unit (92) connected with the control electronics, which is designed for the numerical display of a current actual temperature and/or a desired fluid temperature of the fluid that is preselectable by a user, and displaying the temperatures in degree Celsius or degree Fahrenheit preferably in dependence of a parameter stored in a memory module (82), further, a manually operable unit being preferably provided for preselecting a desired temperature for the fluid, the display unit (92) being designed so as to display, for a predetermined period of time, the desired temperature as a reaction to the manual operation of the preselection unit and, thereupon, to change over and display the actual temperature.

6. Device according to one of the claims 1 to 5, characterised in that web-shaped portions (16; 58) of the support elements (10; 44), defining the flow channel, are provided with recesses (34; 60) for holding and guiding the at least one spiral heating coil, which recesses, succeeding one another along a circumferential direction of the support elements, are designed and dimensioned in such a way that the recesses formed in a plurality of adjacent support elements continuously follow a constantly ascending gradient of the heating coils.

7. Device according to claim 6, characterised in that the web-shaped portions of the support elements are designed for holding and guiding two heating coils (59, 61) which are arranged axially to each other, show spiral diameters of different sizes and preferably can be controlled separately by means of electrical operating voltage.

8. Process for operating an electrical heating device according to one of the claims 1 to 7, characterised in that the control of the at least one heating coil of the electrical heating device is effected with alternating current by switching the latter on or off with full half-periods and for full, switched half-waves in each case, a switching-on and off pattern being formed in such a way that within successive periods of time T = k x 3,000/f with k = integral natural number ≥ 2 and f = frequency of the alternating current, the established direct current component becomes zero.

9. Process according to claim 8, characterised in that within the same period of time T two heating coils are switched independently of each other, the cumulative established direct current component of the two heating coils becoming zero.

10. Process according to claim 9, characterised in that an internal and an external heating coil of two spiral heating coils are switched, which are aligned along a common axis, or in that a downstream as well as an upstream twin-coil are switched, which are arranged along a common axis.

Revendications

1. Dispositif de chauffage électrique pour le chauffage d'un fluide, en particulier d'un courant d'air, avec un dispositif de support configuré pour recevoir au moins un serpentin de chauffage (32), et qui présente une pluralité d'éléments de support (10; 44) configurés pour être ajustables axialement les uns aux autres, pour réaliser au moins un canal d'écoulement continu s'étendant axialement pour le fluide, caractérisé par un capteur de température électrique (84) prévu du côté de la sortie, dont les fils de raccordement (40) sont conduits à un module de raccordement du côté de l'entrée, au dispositif de chauffage, dans lequel le module terminal pouvant être relié à une électronique de commande porte un module de mémoire électronique (82), associé individuellement au dispositif de chauffage, qui est configuré pour la fixation non volatile de valeurs individuelles de mesure et de contrôle du dispositif de chauffage, y compris d'une valeur de contrôle individuelle du capteur de température à une température de régime.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils de raccordement du capteur de température électrique sont conduits en direction axiale à travers des passages associés (18; 54) des éléments de support (10; 44) jusqu'au module de raccordement.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électronique de commande (68) raccordée audit au moins un serpentin de chauffage est configurée pour régler une température de consigne du fluide à prédéterminer par un utilisateur en fonction de la valeur de contrôle individuelle, ainsi qu'un signal de température instantané du capteur de température (84).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électronique de commande est configurée pour détecter une vitesse de rotation d'un moteur de ventilateur (72) faisant circuler le fluide à travers le dispositif de chauffage et pour la régulation électronique de la température du fluide en fonction aussi bien d'une vitesse de rotation réelle effective que d'une vitesse de rotation de consigne pouvant être prédéfinie du moteur de ventilateur.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par une unité d'affichage (92) reliée à l'électronique de commande, qui est configurée pour émettre de façon numérique une température réelle instantanée du fluide et/ou une température de consigne du fluide, pouvant être prédéterminée par un utilisateur, et qui émet les températures en degrés Celsius ou en degrés Fahrenheit de préférence en fonction d'un paramètre stocké dans le module de mémoire (82), dans lequel il est en outre de préférence prévu une unité à commande manuelle pour présélectionner une température de consigne pour le fluide, dans lequel l'unité d'affichage (92) est configurée pour afficher la température de consigne et ensuite pour commuter et afficher la température réelle en réaction à une commande manuelle de l'unité de présélection pendant une durée prédéterminée.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des parties en forme de nervures (16; 58) des éléments de support (10; 44), déterminant le canal d'écoulement, présentent des évidements (34; 60) pour maintenir et guider ledit au moins un serpentin de chauffage hélicoïdal qui, le long d'une direction périphérique des éléments de support, sont configurés et dimensionnés de telle manière que les évidements suivent une pente constante des serpentins de chauffage de façon continue sur une pluralité d'éléments de support adjacents.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parties en forme de nervures des éléments de support sont configurées pour maintenir et guider deux serpentins de chauffage (59, 61), qui sont disposés axialement l'un par rapport à l'autre, qui présentent des diamètres de spirale de valeur différente et qui peuvent être actives de préférence séparément par une tension électrique de service.

8. Procédé d'exploitation d'un dispositif de chauffage électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une activation dudit au moins un serpentin de chauffage du dispositif de chauffage électrique est effectuée avec un courant alternatif en connectant et en déconnectant le courant alternatif avec des demi-périodes entières et chaque fois pour des demi-ondes entières connectées, dans lequel un programme de connexion et de déconnexion est formé de telle manière qu'à l'intérieur de périodes de temps successives T = k x 3.000/f, avec k = nombre entier naturel ≥ 2 et f = fréquence du courant alternatif, la fraction de courant continu connectée soit zéro.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de la même période de temps T, on connecte deux serpentins de chauffage indépendamment l'un de l'autre, la fraction cumulée de courant continu connectée des deux serpentins étant nulle.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on connecte deux serpentins de chauffage hélicoïdaux, l'un intérieur, l'autre extérieur, alignés le long d'un axe commun, ou en ce que l'on connecte un serpentin double situé en aval ainsi qu'un serpentin double situé en amont, qui sont disposés le long d'un axe commun.

Zeichnung