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Steuerverfahren fir einen Umlauf-
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wasserheizer Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren
für einen Umlaufwasserheizer beziehungsweise auf eine Einrichtung zur DurchfUhrung
des Steuerverfahrens gemäß dem Hauptanspruch beziehungsweise dem Nebenanspruch 4.
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Aus der
eine Schaltung zur Steuerung des Puls-Pausenverhnltnisses des Arbeitszustandes einer
Wärmequelle bekanntgeworden, bei der diese Steuerung in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur
oder der Außentemperatur erfolgen kann. Je nach vorhandener Außentemperatur beziehungsweise
Vorlauftemperatur und nach eingestellten Sollwerten
(Heizkurve)
resultiert somit ein bestimmtes Puls-Pausenverhältnis für die Einschaltung des Brenners
der rmequelle.
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Es besteht nunmehr häufig die Forderung, eine solche Heizungsanlage
auch mit einer Nachtabsenkung zu betreiben.
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Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Steuerverfahren
zur Steuerung der Leistungsabgabe eines Wcrmeerzeugers mittels eines Puls-Pausenverhältnisses
mit konstanter Zykluszeit der Brennzeiten eines Brenners die Vorlauftemperatur abhängig
von der Außentemperatur und umschaltbaren Sollwerten zu begrenzen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in dem kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs vorgesehenen Verfahrensmerkmalen. Zur Durchführung des Verfahrens
sind die im Nebenanspruch 4 beschriebenen Vorrichtungsmerkmale vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der
Figuren eins und zwei der Zeichnung näher erläutert.
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Es bedeuten Figur eins ein Prinzipschaltbild eines Umlaufwasserheizers
und
iur zwei ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung Die Wärmequelle
1 gemaß Figur 1 in Gestalt eines gs- oder clbefeuerten Kessels oder Umlaufwasserheizers
weist einen Wärmetauscher 2 auf, dem Umlaufwasser über eine mit einer Pumpe 3 versehene
Riicklaufleitung 4 zugeführt wird und dem das Wasser iiber eine Vorlaufleitung 5,
die zu einem Verbraucher 6 führt, abgeführt wird. Der Verbraucher 6 besteht aus
einer Vielzahl in Serie oder parallel geschalteter Heizkörper. Der Wärmetauscher
1 der Wärmequelle ist von einem Gasbrenner 7 beheizt, dem Gas über eine Brennstoffzufuhrleitung
8 unter Zwischenschaltung eines Brennstoffventils 9 zugeführt wird.
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Das Brennstoffventil 9 kann zwei diskrete Zustände einnehmen, entweder
es ist voll geschlossen oder voll geöffnet. Das Brennstoffventil 9 wird von einer
Magnetspule 10 beaufschlagt, der Stellsignale von der Steuereinrichtung 11 zugeführt
werden. An die Steuereinrichtung 11 ist - ein Vorlauftemperaturfühler 12 über eine
Meßleitung 15 und ein Außentemperaturfühler 14 über eine Meßleitung 15 angeschlossen.
Die Sollwerte, beziehungsweise Grenzwerte für die Steuereinrichtung 11 werden dargestellt
vom Grenswertgeber 16 für die Tagheizkurve, einem Grenzwertgeber 17 für die Nachtheizkurve,
die beide über Knöpfe 18 einstellbar sind. Beide Grenzwertgeber 16 und 17 sind über
Leitungen 19 und 20 mit einem Umschalter 21 verbunden, über den entweder der eine
oder der andere Grenzwertgeber angeschlossen werden kann. Mit dem Umschalter 21
ist ein weiterer Umschalter 22 gekoppelt, was durch die Wirklinie 23 dargestellt
ist. Der Umschalter 22 kann entweder
auf eine Leitung 24 oder eine
Leitung 25 gelegt werden, beide Leitungen fiihren zu Grenzwertgebern 2 und 26, die
£leichermsßen ber Knöpfe 28 einstellbar sind. Der Grenzwertwertgeber 26 gibt den
Sollwert für die nächtliche Vorlautemperatur vor, während der Grenzwertgeber 27
den Sollwert fr die Vorlauftemperatur tagsüber vorgibt.
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Der eigentliche Aufbau der gesamten Steuereinrichtung 11 geht aus
dem Prinzipschaltbild der Figur zwei hervor.
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Der Vorlauftemperaturfühler 12 besteht aus einem temperaturabhängigen
Widerstand, der über die Leitung 13 mit einem Keßumformer beziehungsweise einstellbaren
Verstärker 31 verbunden ist. Der Ausgang 72 dieses Verstärkers, auf dem ein mit
der Vorlauftemperatur linear-proportional-variables Spannung signal erscheint, ist
an dem Eingang eines Komperators 33 gegeben. Der Außentemperaturfühler 14 ist gleichfalls
ein Widerstand, der seinen Widerstandswert nach Maßgabe der Temperatur verändert.
Die Leitung 15 des Außentemperaturfühlers 14 ist mit einem Meßumformer 34 verbunden,
an dessen Ausgang 35 ein Gleichspannungssignal herrscht. Der Meßumformer 34 ist
über eine Leitung 36 dem Umschaltkontakt 21, 22 vorgeschaltet, der zu den beiden
Soll- beziehungsweise Grenzwertgebern 17, 26 beziehungsweise 16, 27 führt. Während
nach Figur eins getrennte Grenzwertgeber sowohl für die Tag- und Nachtvorlauftemperatur
als auch für die Tag- und Nachtheizkurve vorgesehen sind, sind diese Grenzwertgeber
beim Ausfiihrungsbeispiel bei Figur zwei zu einem einzigen Grenzwertgeber
zusammengefaßt.
Imine Einstellung der Sollwertgeber beziglich der Heizkurve besagt, daß in Abhängigkeit
von einer vorgeebenen Außentemperatur ein bestimmtes Puls-Pausenverh,ltnis mit einer
von der Außentemperatur abhängigen maximalen Vorlauftemperatur resultieren soll.
Somit wird bei Variationen der Außentemperatur sowohl das Puls-Pausenverh.ltnis
als auch die Vorlauftemperatur auf unterschiedliche Werte gesteuert.
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Wach lfaBgabe der an den Soll- beziehungsweise Grenzwertgebern eingestellten
Ileizkurven resultiert am Ausgang 35 des eumformers 34 somit ein Gleichspannungsignal,
dessen Höhe abhängig von diesen eingestellten Sollwerten ist und zusätzlich abhängig
von der jeweils herrschenden vom Fühler 14 gefühlten Außentemperatur ist.
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Der Kontakt 21 beziehungsweise 22 ist von einer Uhr 37 über eine Stange
38 betätigt. Der Ausgang 35 des Meßumformers ist nicht nur mit dem Eingang eines
Meßverstärkers 39, sondern auch mit einem Minimum- und Maximumspannungsbegrenzer
40 verbunden. Dieses Bauteil gibt eine Spannung von der Leitung 35 auf die Leitung
41 unverändert durch, so lange diese Spannung oberhalb eines an dem Bauteil 40 einstellbaren
Minimalspannungswertes beziehungsweise unterhalb eines dort einstellbaren Maximalspannungswertes
liegt. Unterschreitet die Spannung auf der Leitung 35 diesen Kinimalspannungswert,
so wird der Minimalspannungswert selbst durchgegeben. Der Spannungsbegrenzer 40
ist über eine Leitung 41 mit dem Komperator 33 verbunden. Der Komperator vergleicht
die Spannungswerte auf den Leitungen 32 und 41, seine Ausgangsleitung 42 ist mit
Eingängen
43 Uhr, 44 zweier UND-Glieder 45 und 46 verbunden.
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Der zweite Ein@@ng 47 des UND-Gliedes 45 ist über einen weiteren Komp@@@tor
48 und eine Leitung 49 mit dem bereits erwähnten Meß@@@ormer 3a verbunden. Der zweite
Eingang 50 des Komparator 48 ist vom Ausgang eines Sägezahnspannungsgenerators 51
@@speist.
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Ausgänge 52 und 53 der beiden UND-Glieder bilden Eingänge eines ODER-Gli@@es
54, dessen Ausgang 55 über einen Verst.rker 56 zu einem Sch@tz 57 geführt ist, dessen
Arbeitskontakt 58 in einem Stromb@eis 59 für die Magnetspule 10 liegt.
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Die Leitung 19 ist mit einem Eingang 60 einer monostabilen Kippstufe
61 ve@bunden, deren Ausgang über eine Leitung 62 mit einem Eintl einer bistabilen
Kippstufe 63 verbunden ist. Die Leitung 62 ist über eine Leitung 64 mit dem Sägezahnspannungsg@@erator
51 verbunden, und zwar mit dessen Rücksetz-Eingang Ein zweiter Eingang 65 der bistabilen
Kippstufe 63 ist über eine monostabil@ Kippstufe 66 mit der Ausgangsleitung 55 des
Odergliedes 54 @erbunden. Ein Ausgang 67 der bistabilen Kippstufe 63 ist Uhr eine
Leitung 68 mit dem Neßwertumformer 34 verbunden l über eine Leitung 69 als zweiter
Eingang 70 des UND-Gliedes 64.
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Die eben beschriebene Steuereinrichtung besitzt folgende Funktion:
Es wird @@sgegangen von einem Tagbetrieb, das heißt,
der IJmschs.ltkontakt
21 liegt in der dargestellten Lauge. Die Vorlauftemper.atur soll unter dem am Eollwertgeber
16 eingestellte Wert liegen. Der @ ,ezehnspannungsgenerator 51 liuft frei, die Zykluszeit,
innerhalb der eine Einschaltdauer erfolgen kann, ist durch die Periodendauer des
Sägezahnspannungsgenerators 51 vorgegeben. Zu Beginn der Zykluszeit fängt der Sägezhnspannungsgenerator
von einem Naximalspannungswert in Richtung auf kleinere Spannung an zu laufen. Die
Ausgangsspannung auf der Leitung 50 weist somit zunächst den Maximalwert auf, es
sei angenommen, daß der Spannungswert auf der Leitung 49 unter diesem Wert liegt.
Das ist dann der Fall, wenn der am Sollwertgeber 16 gerade eingestellte Wert und
der Wert der Außentemperatur mittlere Werte annehmen. Für den Fall einer sehr hohen
Außentemperatur oder eines auf sehr kleine Werte eingestellten Sollwertes kann der
Spannungswert auf der Bettung 49 so groß sein, daß der Komperator auch zu Beginn
des Zyklusses nicht durchschalten kann. Der durchgeschaltete Komparator 48 liefert
ein Spannungssignal auf der Leitung 47 für das UND-Glied 45. Der andere Eingang
43 dieses UND-Gliedes wird von den Werten der Vorlauftemperatur beaufschlagt. Liegt
gemäß der Annahme die gerade vorhandene Vorlauftemperatur unterhalb der angestrebten
Vorlauftemperatur, so schaltet das UND-Glied 45 durch, so daß über die Leitung 52
auch das ODER-Glied 54 durchschaltet und über den VerstLirker 56 und das Schütz
57 die Betätigungsepule 10 für das Brennstoffventil mit Spannung beaufschlagt wird.
Das heißt, daß jeweils innerhalb einer Periode neu eine bestimmte Pulszeit für das
Brennen des Brenners erzeugt wird. Die Lange der Pulszeit,
bezogen
auf die Gesamtzykluszeit, ist bei dieser Betriebsweise nur davon abhängig, wie weit
die Außentemperatur vom gerade eingestellten Sollwert abweicht. Kan kann die Steilheit
der Heizkurve in die Funktion des Sollwertgebers 16 integrieren, man könnte auch
eine extra Einstellmöglichkeit im Rahmen einer Handhabe 71 am Meßverstsrker 39 vorsehen,
um so die Verstärkung dieses Meßverstärkers einstellbar zu halten.
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Unterstellt man nunmehr, daß über das sich einstellende Puls-Pausenverhältnis
eine größere Wärmeerzeugung resultiert, als von der Heizungsanlage im Verbraucher
6 abgegeben wird, so steigt die Vorlauftemperatur. Die steigende Vorlauftemperatur
wird im Komparator 32 mit dem Sollspannungswert auf der Leitung 41 verglichen, nur
wird dem Komparator ein Mindestspannungswert auf der Leitung 41 vorgegeben. So lange
somit der Spannungswert auf der Leitung 32 kleiner ist als der Grenzwert auf der
Leitung 41, arbeitet die Anlage wie eben beschrieben. Werden beide Werte gleich,
so sperrt der Komparator, 80 daß das UND-Glied 45 nicht mehr durchschalten kann.
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Wird gegen 22.00 Uhr jenachdem auf der Uhr 37 eingestellten Zeitwert
die Nachtabsenkung wirksam, so schaltet der Kontakt 21 auf die Leitung 20 um. Das
bedeutet in der Regel einen niedrigeren Sollwert für die Vorlauftemperatur und das
Puls-Pausenverhältnis. Hieraus resultiert außer der sprunghaften Absenkung noch
keine Änderung der Arbeitsweise der Schaltung.
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Schaltet der Kontakt nach Ende der Nachtabsenkung, also am frühen
lor¢7en wieder in die dargestellte Lage zurück, so ergeben sich folgende Änderungen:
Das Umschalten des Kontakt tes 21 bewirkt ein Setzen der monostabilen Kippstufe
61 und damit einen Spannungsimpuls auf der Leitung 62, was zu einem Umschalten der
bistabilen Kippstufe 63 führt. Gleichzeitig wird über die Leitung 64 der S-;gezahnspannungsgenerator
51 zurückgesetzt, so daß er damit einen neuen Zyklus beginnt.
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Die monostabile Kippstufe 61 verlaßt ihren Schaltzustand nach Ablauf
der an ihr eingestellten Zeit, ohne daß das weitere Auswirkungen für die Schaltung
hat. Die umgeschaltete bistabile Kippstufe 63 schaltet einen Spannungswert über
die Beitungen 67 und 68 auf den Meßumformer 34 in dem Sinne, daß, solange die bistabile
Kippstufe 63 gesetzt ist, der auf der Leitung 35 resultierende Spannungswert auf
eine bestimmte und einstellbare Stufe erhöht wird. Das entspricht in der Wirkung
einem sprunghaft erhöhtem Sollwert, der auch an dem Geber 18, 28 für den Sollwertgeber
16 eingestellt sein könnte.
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Das Spannungssignal auf der Leitung 68 hat die Wirkung einer Versteilerung
der Heizkurve. Gleichfalls wird über die Leitung 67, 69 Spannung an den Eingang
70 des UND-Gliedes 46 gegeben, so daß das UND-Glied 45 so lange überbrückt ist,
wie die Vorlauftemperatur den Sollwert noch nicht erreicht hat. Das bedeutet auf
jeden Fall ein Durchschalten dieses UND-Gliedes und ein Durchschalten des ODER-Gliedes
54, das heißt, die Spule 57 ist beaufschlagt und damit der Brenner freigegeben,
was einem stetigen Brennen des Brenners einer eine oder mehrere Zykluszeiten entspricht.
Dieser Vorgang
findet dann ein Ende, wenn die steigende Vorlauftemperatur
mit dem - erhöhten - Sollwert auf der Leitung 41 verglichen ist und der Komparator
33 bei Gleichheit beider Werte nicht mehr durchschaltet. Ist dieser Zustand erreicht,
fehlen die Spannungssignale auf den Eingangsleitungen 43 und 44 beider UND-lieder
45 und 46, so daß der Brenner wieder ausgeschaltet wird. Der eben dargestellte Zustand
entspricht einer Schnellaufheizung mit einem Puls-Pausenverhältnis von 100 . bersteigt
der Vorlauftemperatur-Sollwert den im Spannungsbegrenzer 40 eingestellten Maximalspannungswert,
so wird nur dieser durchgegeben. Das erste Ausschalten des Brenners, entsprechend
einem Spannungsloswerden der Leitung 55, führt zu einem Spannungsstoß auf der Leitung
65, abgegeben von der monostabilen Kippstufe 66. Dieser Spannungsimpuls bewirkt
ein Rücksetzen des Speichers 63 in den Ursprungszustand. Damit entfällt der Spannungswert
auf den Leitungen 68 und 69, das heißt, der Spannungswert auf der Leitung 35 geht
in den Ursprungszustand zurück und das UND-Glied 46 sperrt bis zur nächsten Schnellaufheizung.
Dieser Zustand entspricht dem eingangs geschilderten normalen agbetrieb.
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L e e r s e i t e