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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement für eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch sowie eine solche Vorrichtung.
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Derartige Vorrichtungen werden insbesondere in landwirtschaftlichen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise, um Kälber unabhängig vom Muttertier mit Milch versorgen zu können. Hierzu muss die Milch auf eine Temperatur erwärmt werden, welche in etwa derjenigen Temperatur der Milch entspricht, die das Muttertier abgibt. Hierzu wird die Milch in ein Behältnis, üblicherweise in einen standardisierten Eimer, überführt und mit einem an der Vorrichtung befestigten Heizelement auf die gewünschte Temperatur erwärmt, wobei das Heizelement in die Milch eingetaucht wird. Derartige Vorrichtungen und Heizelemente sind beispielsweise aus der
DE 299 11 506 U1 und der
DE 10 2010 008 412 A1 bekannt.
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Die in der
DE 10 2010 008 412 A1 gezeigte Vorrichtung weist ein ringförmiges Heizelement auf, an welchem zentral ein rohrförmiges Tragelement angeordnet ist. Im Vergleich zu der in der
DE 299 11 506 U1 , bei welcher das Tragelement exzentrisch am Heizelement befestigt ist, weist diese Vorrichtung eine verbesserte Stabilität auf. Wenn im Folgenden von Stabilität die Rede ist, ist die Gleichgewichtslage des Heizelements oder der Vorrichtung gemeint. Insbesondere dann, wenn die Vorrichtung dann umfällt, wenn das Heizelement in die Milch eingetaucht ist, fällt regelmäßig das Behältnis auch mit um, so dass die Milch verschüttet wird und folglich nicht mehr verwendet werden kann. Infolge der verbesserten Stabilität fällt die in der
DE 10 2010 008 412 A1 gezeigte Vorrichtung nicht so schnell um.
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Weiterhin wird aufgrund der Ringform des Heizelements der in der
DE 10 2010 008 412 A1 offenbarten Vorrichtung der Wärmetransport vom Heizelement in die Flüssigkeit verbessert, so dass ein gegebenes Volumen an Flüssigkeit schneller oder mit einer geringeren Leistung erwärmt werden kann.
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Nachteilig an der in der
DE 10 2010 008 412 A1 gezeigten Vorrichtung ist, dass für die zentrale Befestigung des rohrförmigen Tragelements am ringförmigen Heizelement ein die beiden Elemente verbindender Steg vorgesehen werden muss. Hierdurch wird einerseits die Herstellung der Vorrichtung verkompliziert und folglich verteuert, andererseits erschwert der Steg die Reinigung des Heizelements, weil hierdurch Bereiche geschaffen werden, die mit einer Reinigungsbürste nur schwer zugänglich sind. Auch die aus der
DE 19 67 792 U , der
DE 18 18 457 U , der
DE 31 49 119 A1 , der
DE 523 453 A , der
CH 80 505 A , der
DE 26 23 794 A1 , der
DE 16 10 589 U , der
DE 20 51 140 , der
US 1 676 510 A , der
DE 18 06 188 U und der
US 1 774 635 A bekannten Heizelemente sind für Reinigungsbürsten schwer zugänglich und entsprechend schwer zu reinigen. Eine unzureichende Reinigung kann beispielsweise bei der Versorgung von Kälbern zur Verbreitung von Erkrankungen und insbesondere von Durchfallerkrankungen führen. Die
DE 19 67 792 U offenbart ein elektrisches Heizelement mit großer Oberfläche und einem Heizkörper. Der Heizkörper wird von einer Mehrzahl von Heizplatten gebildet, wobei die Heizplatten parallel zu einander in geeignetem Abstand mittels einer weiteren Heizplatte in der Mitte rechtwinklig zu einem in seinem Querschnitt gitterförmigen System verbunden werden. Nur die
DE 18 18 457 U und die
DE 10 2010 008 412 A1 beziehen sich auf landwirtschaftliche Anwendungen.
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Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Heizelement und eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch zu schaffen, die kostengünstig zu fertigen und einfach zu reinigen sind, gleichzeitig jedoch eine hohe Stabilität aufweisen und einen guten Wärmetransport vom Heizelement in die Flüssigkeit bereitstellen.
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Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Heizelement für eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch, wobei das Heizelement eine obere Oberfläche aufweist, welche eine Bezugsebene definiert und das Heizelement bezogen auf die Bezugsebene mindestens zwei nach außen weisende Heizabschnitte aufweist, die jeweils ein freies Ende bilden.
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Im Folgenden soll unter dem Bezug auf die Bezugsebene verstanden werden, dass die Ausrichtung der Heizabschnitte mit der Bezugsebene direkt oder auf parallel hierzu verlaufende Ebenen definiert ist. Dadurch, dass die Heizabschnitte jeweils ein freies Ende bilden, die ebenfalls bezogen auf die Bezugsebene nach außen weisen, weist das vorliegende Heizelement keinen geschlossenen Raum auf, wie es beispielsweise bei einem ringförmigen Heizelement gemäß der
DE 10 2010 008 412 A1 der Fall ist. Aufgrund dieser offenen Ausführung mit separaten Heizabschnitten ist das Heizelement besonders gut zugänglich, wodurch die Reinigung insbesondere mit Reinigungsbürsten im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Heizelementen deutlich vereinfacht wird. Dies gilt auch im Vergleich zu scheibenförmigen Heizelementen, wie in der
DE 16 10 589 U beschrieben, welche eine Anzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, durch welche die zu erwärmende Flüssigkeit strömen kann.
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Weiterhin weisen die Heizabschnitte in der Bezugsebene oder in parallel zur Bezugsebene verlaufenden Ebenen einen gekrümmten Verlauf auf. Aufgrund des gekrümmten Verlaufs der Heizabschnitte kann die räumliche Ausdehnung des Heizelements in der Bezugsebene reduziert werden, ohne dass die für den Wärmetransport zur Verfügung stehende Fläche verringert wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Heizelement auch für kleinere Behältnisse, die einen geringeren Durchmesser als die Standardbehältnisse aufweisen, verwendet werden kann. Ferner wird das Transportvolumen reduziert, so dass die Versandkosten für das Heizelement verringert werden. Darüber hinaus kann der gekrümmte Verlauf der Heizabschnitte dazu verwendet werden, das Oberflächen-Volumenverhältnis zu vergrößern, wodurch der Wärmetransport im Vergleich zu bekannten Heizelementen verbessert werden kann.
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Zudem sind zwei der Heizabschnitte zu einem sichelförmigen Abschnitt zusammengefasst. Unter sichelförmigen Abschnitten sollen Abschnitte verstanden werden, die in etwa U-förmig oder maulförmig ausgebildet sind. Die sichelförmigen Abschnitte können eine gemeinsame Endkante aufweisen, an denen die inneren und die äußeren Seitenflächen des Heizelements aufeinander treffen, ohne eine zusätzliche Stirnfläche zu bilden. Allerdings ist auch ein abgerundeter Übergang der inneren und äußeren Seitenflächen denkbar, so dass keine klar definierbare Endkante gebildet wird. Die Reinigungsbürsten zum Reinigen des Heizelements weisen üblicherweise eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die zylindrischen Reinigungsbürsten können besonders gut in die von den sichelförmigen Abschnitten umschlossenen Bereiche eingebracht werden, wodurch die Reinigung nochmals vereinfacht wird.
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Das Heizelement wird von zwei der sichelförmigen Abschnitte gebildet. Die beiden sichelförmigen Abschnitte können dabei so angeordnet werden, dass ihre jeweiligen freien Enden voneinander weg zeigen. Hierdurch kann das Heizelement sehr symmetrisch ausgeführt werden, wobei die Masse des Heizelements recht gleichmäßig verteilt werden kann. Hierdurch wird die Stabilität des Heizelements erhöht und die Gefahr des ungewollten Umkippens verringert.
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Der sichelförmige Abschnitt umschließt einen bezogen auf die Bezugsebene im Wesentlichen halbkreisförmigen Bereich. Wie bereits erwähnt, sind die üblicherweise zum Reinigen verwendeten Reinigungsbürsten in etwa zylindrisch geformt. Da in dieser Ausführungsform der von den sichelförmigen Abschnitten eingeschlossene Bereich halbkreisförmig ist, kann die Reinigungsbürste entsprechend groß gewählt werden, so dass sie an sämtlichen zu dem halbkreisförmigen Bereich hinzeigenden Seitenflächen anliegt. Die Seitenflächen führen daher die Reinigungsbürste beim Reinigen. Hierdurch wird eine sehr gleichmäßige und daher gründliche Reinigung ermöglicht, da hierdurch insbesondere verhindert werden kann, dass nur Teilbereiche der Seitenflächen mit der Reinigungsbürste in Berührung kommen.
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Das Heizelement weist eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, welche gegenüber der Bezugsebene entgegengesetzt geneigt sind. Aufgrund der Neigung der ersten und der zweiten Seitenfläche werden die mit der Flüssigkeit in Kontakt tretenden wärmeübertragenden Flächen gegenüber einer nicht geneigten Seitenfläche vergrößert. Die vom Heizelement erwärmte Flüssigkeit steigt auf, wodurch eine Strömung entsteht, durch welche noch nicht oder weniger stark erwärmte Flüssigkeit zum Heizelement hin geführt wird. Insbesondere im Bereich, der von den sichelförmigen Heizabschnitten umschlossen wird, verringert sich der Strömungsquerschnitt, der von der erwärmten Flüssigkeit geströmt werden muss. Infolgedessen beschleunigt sich die aufsteigende Flüssigkeit, so dass sich die Verweilzeit am Heizelement reduziert. Darüber hinaus wird aufgrund der Beschleunigung die Durchmischung der Flüssigkeit verbessert, so dass die Gefahr von örtlichen Überhitzungen und Denaturierungen der Milch verringert wird, wodurch ein Beitrag zur Erhaltung der Tiergesundheit geleistet wird. Es ist daher möglich, eine höhere Heizleistung in die Flüssigkeit einzubringen, so dass diese innerhalb einer kürzeren Zeit auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann. Alternativ kann die Flüssigkeit innerhalb derselben Zeit mit einer geringeren Heizleistung erwärmt werden, so dass der Verbrauch an elektrischer Energie verringert werden kann.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann das Heizelement eine Anzahl von senkrecht zur Bezugsebene verlaufende Vorsprüngen umfassen, auf denen das Heizelement auf einem Untergrund abgestellt werden kann. Mit diesen Vorsprüngen kann das Heizelement auf einer Unterlage oder einem Untergrund abgestellt werden, beispielsweise auf dem Boden des Behältnisses, in welches die zu erwärmende Flüssigkeit eingebracht wird. Hierdurch wird verhindert, dass die untere Oberfläche des Heizelements großflächig auf dem Boden des Behältnisses aufliegt und somit nicht als wärmeübertragende Fläche zum Erwärmen der Flüssigkeit zur Verfügung steht. Dadurch, dass die Flüssigkeit nahezu das gesamte Heizelement umströmen kann, wird die Durchmischung verbessert, wodurch die Gefahr von örtlichen Überhitzungen verringert wird. Darüber hinaus wird verhindert, dass das Behältnis lokal vom Heizelement erwärmt wird, was insbesondere dann nachteilig sein kann, wenn das Behältnis aus Kunststoff gefertigt ist, der bereits bei geringen Temperaturen zu schmelzen beginnt.
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Eine weitergebildete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement eine zentrale Aufnahme zum Aufnehmen eines rohrförmigen Tragelements aufweist. Eine zentrale Aufnahme, beispielsweise eine Vertiefung, in welche das rohrförmige Tragelement eingebracht werden kann, sorgt dafür, dass das rohrförmige Trageelement konzentrisch zu in einer durch den Schwerpunkt des Heizelements verlaufenden Längsachse angeordnet werden kann, wodurch die Stabilität des Heizelements, welches mit dem Trageelement verbunden ist, erhöht wird. Dabei weist das rohrförmige Tragelement üblicherweise einen kreisringförmigen Querschnitt auf, allerdings sollen auch Tragelemente mit einem polygonen oder elliptischen Querschnitt als rohrförmig gelten.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch, umfassend ein in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbares und auf einen Untergrund abstellbares Heizelement nach einem der vorherigen Ausführungsformen, ein mit dem Heizelement verbundenes rohrförmiges Tragelement, und eine mit dem rohrförmigen Tragelement verbundene Bedieneinheit zum Bedienen des Heizelements. Die Vorteile und technischen Effekte, welche mit der vorschlagsgemäßen Vorrichtung erzielt werden können, entsprechen denjenigen, die für die verschiedenen Ausführungsformen des Heizelements beschrieben worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass das Heizelement der Vorrichtung besonders gut zugänglich für Reinigungsbürsten ist, mit denen das Heizelement gereinigt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann das Tragelement konzentrisch zu einer durch den Schwerpunkt des Heizelements verlaufenden Längsachse angeordnet sein. Bei der aus der
DE 299 11 506 U1 bekannten Vorrichtung ist das Trageelement exzentrisch am Heizelement angeordnet, wodurch die Vorrichtung insgesamt sehr instabil wird und leicht umkippen kann. Im Gegensatz dazu wird die Stabilität der vorliegenden Vorrichtung deutlich erhöht, da das Trageelement konzentrisch zur Längsachse verläuft, welche den Schwerpunkt des Heizelements durchläuft und welche im Wesentlichen senkrecht auf der Bezugsebene steht.
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Gemäß einer weitergebildeten Ausgestaltung ist das Bedienelement in etwa zentrisch mit dem Tragelement verbunden. Aufgrund der Möglichkeit, das Trageelement zentrisch am Heizelement zu befestigen, kann dadurch, dass auch das Bedienelement in etwa zentrisch mit dem Trageelement verbunden wird, eine sehr gleichmäßige Gewichtsverteilung innerhalb der Vorrichtung geschaffen werden, welche sich positiv auf die Stabilität auswirkt. Zudem ist es nicht notwendig, das rohrförmige Trageelement zu biegen, was dann erforderlich ist, wenn zwar das Trageelement zentrisch am Heizelement, aber exzentrisch am Bedienelement befestigt ist, wenn man das Bedienelement in etwa fluchtend in Bezug auf die Längsachse zum Heizelement anordnen will, wie es bei der in der
DE 10 2010 008 412 A1 gezeigten Vorrichtung der Fall ist. Folglich kann die Fertigung des Tragelements vereinfacht werden, da kein Biegeschritt erforderlich ist. Darüber hinaus schwächt jeder Biegeschritt das Tragelement an der Biegestelle. Erschwerend kommt hinzu, dass aufgrund der Biegung des Tragelements im Betrieb der Vorrichtung erhöhte Biegemomente in das Tragelement eingeleitet werden. Die erhöhten Biegemomente führen in Verbindung mit der Schwächung zu einer erhöhten Bruchgefahr. Da es vorschlagsgemäß möglich ist, das Tragelement nicht zu biegen, sondern linear verlaufend auszuführen, wird die Bruchgefahr gering gehalten, wodurch die Lebensdauer der vorliegenden Vorrichtung erhöht wird.
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Wird das Bedienelement exzentrisch am Trageelement befestigt, so muss zur Bereitstellung einer verhältnismäßig gleichmäßigen Gewichtsverteilung das Bedienelement in Bezug auf das Heizelement eine bestimmte Ausrichtung aufweisen, um eine in etwa fluchtende Anordnung in Bezug auf die Längsachse zu erreichen. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist es jedoch nicht notwendig, das Bedienelement in einer gewissen Weise relativ zum Heizelement auszurichten, um die Stabilität der Vorrichtung gewährleisten zu können. Auch hierdurch wird die Fertigung der Vorrichtung vereinfacht.
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Bei einer fortgebildeten Ausgestaltung weist das Bedienelement ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse auf, an welchem zwei im Wesentlichen U-förmige Haltegriffe befestigt sind, welche entlang der Längsachse gesehen das Heizelement einrahmen. Die Vorrichtung kann an zwei Haltegriffen erfasst und getragen werden, was aus ergonomischer Sicht besser ist als wenn nur ein Haltegriff vorgesehen ist. Wenn das Bedienelement so in Bezug auf das Heizelement ausgerichtet ist, dass die Haltegriffe entlang der Längsachse gesehen das Heizelement einrahmen, ist das gesamte Gewicht der Vorrichtung sehr nah an der Längsachse angeordnet, weshalb die Stabilität der Vorrichtung besonders gut ist. Es bietet sich an, die Vorrichtung so zu dimensionieren, dass sich die Haltegriffe in einer Höhe von 90 cm befinden, wenn die Vorrichtung auf den Boden abgestellt ist. Hierdurch lässt sich die Vorrichtung sowohl von kleineren als auch größeren Personen auf ergonomisch günstige Weise bedienen.
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Eine Ausbildung der Erfindung betrifft die Verwendung der Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch, insbesondere von Kälbermilch. Die Vorteile und technischen Effekte, welche mit der vorschlagsgemäßen Verwendung der Vorrichtung erzielt werden können, entsprechen denjenigen, die für die verschiedenen Ausführungsformen des Heizelements beschrieben worden sind.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1a) eine Frontansicht auf eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit wie Milch,
- 1b) eine perspektivische Darstellung der in 1a) dargestellten Vorrichtung,
- 1c) eine vergrößerte Darstellung des in 1b) gekennzeichneten Bereichs X,
- 1d) eine Unteransicht der in 1a) dargestellten Vorrichtung.
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In den 1a) bis 1d) ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Erwärmen einer Flüssigkeit, beispielsweise von Kälbermilch, in verschiedenen Perspektiven dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Heizelement 12, an welchem ein rohrförmiges Tragelement 14, beispielsweise eine Stange, befestigt ist. Am dem Heizelement 12 gegenüberliegenden Ende des Tragelements 14 ist ein Bedienelement 16 befestigt, mit welchem das Heizelement 12 bedient werden kann. Hierzu umfasst das Bedienelement 16 ein nicht näher dargestelltes Bedienfeld 17. Wie insbesondere aus der 1b) ersichtlich, weist das Bedienelement 16 ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 18 auf, welches mit einer Leitung 20 verbunden ist, über welche die Vorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Im Heizelement 12, das beispielsweise aus Grauguss hergestellt werden kann, verlaufen nicht dargestellte Heizwendeln, welche über die Leitung 20 mit elektrischer Energie beaufschlagt und über das Bedienelement 16 so angesteuert werden können, dass die Flüssigkeit auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Zudem weist die Vorrichtung 10 einen nicht dargestellten Temperaturfühler auf, mit dem die Temperatur der Flüssigkeit bestimmt werden kann. Folglich ist ein Abgleich zwischen der gewünschten und der momentan vorliegenden Temperatur der Flüssigkeit und damit eine Regelung des Heizelements 12 möglich.
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In 1c) ist der in 1b) gekennzeichnete Bereich X vergrößert dargestellt. Aus 1c) ist erkennbar, dass das Heizelement 12 insgesamt vier Heizabschnitte 221 bis 224 aufweist, welche in einer Bezugsebene E (siehe 1a)), die von einer oberen Oberfläche 23 des Heizelements 12 definiert wird, nach außen weisen und jeweils ein freies Ende 24 bilden. Jeweils zwei der Heizabschnitte 221 bis 224 sind zu insgesamt zwei sichelförmigen Abschnitten 261, 262 zusammengefasst, wobei die in der Bezugsebene E verlaufenden Kanten einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Das Heizelement 12 weist eine erste Seitenfläche 28 und eine zweite Seitenfläche 30 auf, welche in Bezug auf die Bezugsebene E entgegengesetzt geneigt sind. Die beiden sichelförmigen Abschnitte 261, 262 umschließen einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Bereich 32, dessen Durchmesser aufgrund der geneigten erste Seitenfläche 28 und der geneigten zweiten Seitenfläche 30 in Bezug auf eine senkrecht zur Bezugsebene E verlaufende Längsachse L zunächst verjüngt und sich anschließend wieder erweitert. Darüber hinaus stoßen die äußeren und die inneren Seitenflächen der Heizabschnitte 22 direkt aneinander, so dass das freie Ende 24 von einer Endkante 34 gebildet wird. Bezogen auf die Längsachse weisen die Heizabschnitte 22 von der Längsachse weg nach außen.
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Im Zentrum weist das Heizelement 12 eine Aufnahme auf, mit welcher das rohrförmige Tragelement 14 am Heizelement 12 befestigt werden kann. Wie insbesondere aus der 1a) hervorgeht, ist das rohrförmige Tragelement 14 konzentrisch zur Längsachse L angeordnet, welche durch den hier nicht näher gekennzeichneten Schwerpunkt des Heizelements 12 verläuft. Das rohrförmige Tragelement 14 ist nicht gebogen, zudem ist auch das Bedienelement 16 über das Gehäuse 18 in etwa zentrisch am Tragelement 14 befestigt.
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Das Bedienelement 16 weist zwei Haltegriffe 38 auf, die im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und am seitlichen oberen Rand an einem quaderförmigen Gehäuse 18 des Bedienelements 16 befestigt sind. Zudem verlaufen die Haltegriffe 38 nicht parallel zur Bezugsebene E, sondern sind etwas nach oben geneigt, wodurch das Bedienelement 16 und insbesondere das Bedienfeld 17 im Falle eines Umkippens vor Beschädigungen und Verunreinigungen geschützt wird. Dabei ist das Bedienelement 16 in Bezug auf das Heizelement 12 entlang der Längsachse L gesehen so ausgerichtet, dass die Haltegriffe 38 das Heizelement 12 umschließen, was insbesondere aus der 1d) hervorgeht.
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Darüber hinaus weist das Heizelement 12 insgesamt vier Vorsprünge 40 auf, die von einer unteren Oberfläche 42 des Heizelements 12 ausgehen und senkrecht zur Bezugsebene E verlaufen. Mit den Vorsprüngen 40 können das Heizelement 12 und die Vorrichtung 10 auf einem Untergrund abgestellt werden, beispielsweise einem Behältnis, welches mit der zu erwärmenden Flüssigkeit gefüllt ist, ohne dass die untere Oberfläche 42 des Heizelements 12 großflächig auf dem Untergrund aufliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Heizelement
- 14
- Tragelement
- 16
- Bedienelement
- 17
- Bedienfeld
- 18
- Gehäuse
- 20
- Leitung
- 22, 221 - 224
- Heizabschnitt
- 23
- obere Oberfläche
- 24
- freies Ende
- 26, 261, 262
- sichelförmiger Abschnitt
- 28
- erste Seitenfläche
- 30
- zweite Seitenfläche
- 32
- halbkreisförmiger Bereich
- 34
- Endkante
- 36
- Aufnahme
- 38
- Haltegriff
- 40
- Vorsprung
- 42
- untere Oberfläche
- E
- Bezugsebene
- L
- Längsachse