EP1431681A1 - Continuous-flow heater - Google Patents
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- EP1431681A1 EP1431681A1 EP03090415A EP03090415A EP1431681A1 EP 1431681 A1 EP1431681 A1 EP 1431681A1 EP 03090415 A EP03090415 A EP 03090415A EP 03090415 A EP03090415 A EP 03090415A EP 1431681 A1 EP1431681 A1 EP 1431681A1
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- F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
- F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
- F24H9/2028—Continuous-flow heaters
Definitions
- the invention relates to a water heater with a heating device for heating of running water that is used to generate at least one discrete heating output value is set up, and which comprises a switching device which in the circuit is arranged for the heating device and discrete, depending on the flow rate Has switching states, the circuit in a first switching state interrupted for the heater and it is therefore switched off, and in the closed at least one further switching state of the circuit for the heating device and it is therefore switched on.
- the switching device is controlled hydraulically. It is a pressure or flow switch in the water pipe with a plunger provided the different positions depending on the flow rate of the water occupies a mechanical and when a certain position is exceeded Triggers the switching process. In the simplest case there are only two switch positions correspondingly off and on heating element. The switching point becomes one mechanical spring force determined. The hysteresis between the switch-on and switch-off point is determined by the mechanical properties. Sealing moving parts, here of the plunger towards the inside of the device, however, is susceptible to wear and requires high maintenance.
- the object of the invention is a water heater of the type mentioned Provide type that has a low manufacturing cost, reliable and / or is inexpensive to operate.
- the invention provides that the switching device is dependent the flow rate is controlled digitally-electronically.
- Discrete heating output values are those that not only differ gradually, but for example by at least 5%, preferably at least 10%. Another way of definition is in the fact that different discrete heating outputs are not only gradual differences cause water heating. At the switch-on point, the difference is in the outlet temperature between any two discrete heating outputs is therefore preferred at least 5 ° C, more preferably at least 10 ° C. This is the invention Instantaneous water heater from the known devices with infinitely adjustable Delimited heating output.
- Digital-electronic means by means of an essentially digital circuit. Essentially means that at least the flow rate measurement processing by means of digital electronics. This way compared to analog electronics avoided that, for example, a temperature influence negatively affects the accuracy the circuit affects.
- the entire circuit is preferably digital-electronic. It However, it is not excluded that a water heater according to the invention in addition which also has digital and analog electronics.
- the circuit for the heater is the circuit that holds the heater with a primary voltage source, for example the AC network, which connects to Generation of heating power is used.
- a primary voltage source for example the AC network
- Each of the different discrete heating outputs a corresponding discrete switching state is assigned to the switching device.
- discreet stands in contrast to stepless, i.e. in contrast to a dimmer.
- Flow dependent switching states means that a transition between two Switching states depending on the current water flow rate takes place. Flow rate is abbreviated below for flow rate per unit of time (l / min) used. Often there are only two, depending on the flow rate Switching states corresponding to the heating device switched on and off. Then the Heating at a certain switching point that a predetermined flow rate corresponds, switched on.
- Each possible heating output value is usually a separate heating element or generated by connecting separate heating elements in parallel.
- a heating element is, for example. a single heating coil. If, for example, two or three different heating outputs To be able to be generated, two heating coils are provided for this purpose, individually or in Combination can be operated.
- the number of different producible, heating power values other than zero are generally at most four, preferably at most two, more preferably exactly one, so that the number of necessary Heating elements can be kept low.
- the number of the flow rate dependent switching states is accordingly at most five, preferably at most three, more preferably exactly two.
- the switching device consists of two relays, which are each arranged in one of the two feed lines of the heating device, so complete disconnection from the mains is achieved when the device is switched off.
- the relay For switching on the relay is connected to a certain switch-on voltage, this is connected in parallel between the switch-on voltage and ground.
- Another aspect of the present invention relates to the generation of hysteresis in Regarding switching the switching device on and off. Because the flow rate could fluctuate due to pressure fluctuations, it could be when the on and off point coincided with one lying in the area of this switching point Flow rate come to constant on and off, which is disadvantageous in view on wear and comfort. With the usual hydraulically controlled devices becomes hysteresis, i.e. a lower switch-off point compared to the switch-on point the switching device, by the formation of the plunger in the pressure switch generated by taking advantage of the difference between static and sliding friction, for example makes.
- an electronically controlled switching device can an oscillator for generating a reference clock for the counting of a pulse generator provided pulses generated depending on the flow rate his.
- the Heating device lowered or increased the frequency of the oscillator, so that the switch-off signal at a lower flow rate compared to the switch-on signal is triggered.
- the relative frequency change is preferably in the range of 5 to 30%, more preferably 10 to 20 %.
- the heating device is formed by the heating coil 10 in the example of FIG. 1. This is fed from the AC network 11.
- a switch 14 and 15 is arranged in order to switch off to effect a complete network separation.
- the use of a single switch 14 or 15 is also sufficient. If both Switches 14, 15 are closed, alternating current flows through the heating coil 10 in order to heat water flowing through the water pipe 16.
- the switches 14, 15 are each designed as a relay 17, 18.
- the switches 14, 15 and the relays 17, 18 form in Example of Fig. 1, the switching device.
- the switches 14, 15 are closed when, as shown in Fig. 2, a control voltage is applied to the relays 17, 18.
- the switches 20, 21, 22 opened and, since there is no control voltage at the relays 17, 18, the switches 14, 15 open.
- switches 20 and 21 are immediately closed or switched on.
- the ⁇ U detection 24, which are essentially formed by a zener diode, for example can, detected at its input 25 due to the closed switch 20 zero Volts and therefore closes switch 22.
- the series connection of the Relays 17, 18 can be generalized to more than two relays.
- the switch 20 opened by the timer 26.
- the potential at the input 25 of the ⁇ U detection 24 is 17 + Ub due to the inertia of the relay, which causes the ⁇ U detection 24, to open the switch 22.
- the current now flows through the connection line 27 series-connected relays 17, 18 and the closed switch 21.
- On the relays 17, 18 each drop the voltage of about 0.5 Ub, but this is sufficient to keep the relay switched on once in the switched on state. by virtue of the inertia of the relays 17, 18 remain during the switchover from parallel to Series connection permanently closed.
- the "relay on” signal is generated by means of the circuit shown in FIG. 3.
- the pulse generator 30 generates voltage pulses when the water flows through the line 16, their frequency proportional to the flow rate of the water through line 16. This can be done inductively and for example by means of a turbine 31 thus take place without contact. Incidentally, this has the advantage that air bubble detection can be provided, which is not without conventional pressure switches further is possible. A sealing of the pulse generator 30 with respect to the line 16 is therefore superfluous.
- the pulses generated by the pulse generator 30 become the reset input 32 of the counter 33 passed.
- the counter 33 increments a count value a counting frequency defined by the oscillator 34. When exceeding a set
- the timeout output 35 of the counter 33 is switched on and this threshold Timeout signal stored in memory 36. If at the control input 37 of the Memory 36 arrives a pulse becomes a value that is stored in memory 36 Value is inverse, as a relay control signal on the signal line 23 for controlling the Switches 20, 21 issued.
- the pulse generator generates 30 voltage pulses with high frequency and short time interval. At a certain time there will be a first Pulse passed to the reset input 32 of the counter 33. Due to the reset, the Counter 33 off the timeout output 35, the off value is stored in the memory 36. Immediately after the reset, the count of counter 33 is set to zero and the Counter 33 begins incrementing the count value with that of oscillator 34 predetermined clock frequency. After a short time, the transmitter 30 generates the next one second pulse, which is given to the reset input 32 of the counter 33, so that the Counter 33 resets the count value to zero.
- timeout output 35 of the counter 33 thus remains switched off.
- the timeout output 35 of the counter 33 thus remains at a sufficiently high frequency pulses generated by the pulse generator 30 are constantly switched off.
- the voltage pulses generated by the pulse generator 30 are via the line 38 from Pulse generator 30 via a delay element 39 to the control input 37 of the memory 36 headed.
- the second pulse triggers after one the time delay 39 determines the activation of the memory 36 out.
- the memory 36 inputs a stored off signal inverse signal, that is, an on signal, from the signal line 23.
- the relay on signal leads, as explained in connection with FIG. 2, to the switching on of the heating device.
- the relay on signal is sent to the oscillator 34 via the line 40, which causes a lowering of the oscillation frequency in the oscillator 34. Because of this, the counting frequency of the counter 33 is lowered, so that in the counter 33 defined count threshold even with comparatively larger pulse intervals, that is lower flow rate is not exceeded and therefore the relays 17, 18 also at a flow rate that is below the switch-on value, remain switched on and only when the switch-off value of the flow rate is below this switch-on value turned off. In this way the desired hysteresis between Switching on and switching off reached.
- the last one from the pulse generator 30 generated pulse triggers the reset of counter 33; the timeout output 35 of the The counter is switched off.
- the counter 33 sets its count value to zero and begins with the increment of the count value. Since the pulse generator 30 no further pulse generated, the count value eventually exceeds the threshold set in counter 33.
- the overflow causes the counter 33 to switch on the timeout output 35 of the counter 33.
- the timeout signal is applied to the memory 36 and simultaneously via the Line 42 to the timer 39. After the time defined in timer 39 has taken over the memory 36 sends the timeout signal to its inverted output and switches Relays 17 and 18 from line 23.
- the timeout signal is over the line 41 is passed to the oscillator 34 to deactivate it and the counting process to interrupt with it.
- the counting process is only carried out by the next one Reset of the counter 33 started by a pulse generated by the pulse generator 30. Instead of the increment of the counter value in counter 33 may, in another embodiment decrementing also takes place. Instead of lowering the oscillation frequency in another embodiment, the oscillator 34 can also have a boost the same take place.
- This control signal causes memory 36 to output the relay off signal on signal line 23, to switch off the relays 17, 18 or leave them switched off. Since it is in this value range of the flow rate for a constant change of the timeout output 35 of the counter 33 comes, it is advantageous to set the value of the output 35 in temporarily store the memory 36 and the memory 36 only when switched on trigger the timeout output 35 via the line 42 and the delay element 39, since without the memory 36 a constant, wear-promoting switching of the relays 17, 18 would take place.
- the delay time of the delay element is expedient much less, preferably 0.1 or less, than the distance between two Pulse in the area of the switch-on or switch-off threshold.
- the oscillation frequency is turned off Relay 17, 18 determined by the capacitor 50.
- the oscillation frequency is preferably adjustable. If the relays 17, 18 are turned on, this causes Relay on signal via line 40 to close switch 51 and thus Parallel connection of a capacitance, namely one or both capacitors 52, 53 for Capacitor 50. This leads to a lowering of the oscillation frequency of the oscillator 34.
- One of the two capacitors 52, 53 is sufficient to fulfill this function.
- two capacitors 52, 53 are connected in parallel. By choosing one or both capacitors can then have different values of frequency reduction for example in the preferred range of 10-20%.
- Preferably corresponding bridges 54, 55 are provided for each capacitor 52, 53.
- One of the Both bridges can be removed, for example, in the factory or on the installation site, around the set the desired value for the difference between the switch-on and switch-off point. In this way, a wide range of devices can be implemented with one circuit.
- a continuous adjustability of the Capacity or more generally the oscillation frequency can be realized.
- the embodiment, not shown, can be used to change the oscillation frequency Resistance in the oscillator circuit can be changed.
- the heating device comprises two heating coils 10, 60 corresponding to two heating levels. Switching between the two Heating coils 10, 60 take place by means of switches 61, 62, which are preferably designed as relays are. The switching of the switches 61, 62 can, for example, also depend on the Flow rate through line 16 take place. At a first switch-on point For example, the switches 14, 15 closed, current flows through the heating element 10. At a second switch-on point corresponding to a higher flow rate are additionally the switches 61, 62 switched, current flows through the heating element 60, which is one has higher heating power than the heating element 10.
- the switching of the switches 61, 62 can also take place independently of the flow rate in another embodiment, for example by means of a control element, not shown, from the outside the user. This can then have two different heating capacities and thus water temperatures choose. In this example, only the switches 14, 15 in Dependent on the flow rate switched. In another embodiment, can alternatively the connection of a second heating coil to a first heating coil respectively. The connection can either be made dependent on the water flow be selected, or be selected by a control element.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen von fließendem Wasser, der zur Erzeugung mindestens eines diskreten Heizleistungswertes eingerichtet ist, und der eine Schalteinrichtung umfaßt, die in dem Stromkreis für die Heizeinrichtung angeordnet ist und diskrete, von der Durchflußmenge abhängige Schaltzustände aufweist, wobei in einem ersten Schaltzustand der Stromkreis für die Heizeinrichtung unterbrochen und diese daher ausgeschaltet ist, und in dem mindestens einen weiteren Schaltzustand der Stromkreis für die Heizeinrichtung geschlossen und diese daher eingeschaltet ist.The invention relates to a water heater with a heating device for heating of running water that is used to generate at least one discrete heating output value is set up, and which comprises a switching device which in the circuit is arranged for the heating device and discrete, depending on the flow rate Has switching states, the circuit in a first switching state interrupted for the heater and it is therefore switched off, and in the closed at least one further switching state of the circuit for the heating device and it is therefore switched on.
Bei gängigen derartigen Durchlauferhitzern wird die Schalteinrichtung hydraulisch gesteuert. Es ist ein Druck- oder Strömungsschalter in der Wasserleitung mit einem Stößel vorgesehen, der je nach Durchflußgeschwindigkeit des Wassers unterschiedliche Positionen einnimmt und beim Überschreiten einer bestimmten Position einen mechanischen Schaltvorgang auslöst. Im einfachsten Fall gibt es lediglich zwei Schaltstellungen entsprechend aus- und eingeschaltetem Heizelement. Der Schaltpunkt wird dabei eine mechanische Federkraft bestimmt. Die Hysterese zwischen Ein- und Ausschaltpunkt ist durch die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die Abdichtung bewegter Teile, hier des Stößels gegenüber dem Geräteinneren, ist jedoch verschleißanfällig und wartungsintensiv.In conventional instantaneous water heaters of this type, the switching device is controlled hydraulically. It is a pressure or flow switch in the water pipe with a plunger provided the different positions depending on the flow rate of the water occupies a mechanical and when a certain position is exceeded Triggers the switching process. In the simplest case there are only two switch positions correspondingly off and on heating element. The switching point becomes one mechanical spring force determined. The hysteresis between the switch-on and switch-off point is determined by the mechanical properties. Sealing moving parts, here of the plunger towards the inside of the device, however, is susceptible to wear and requires high maintenance.
Es sind andersartige Durchlauferhitzer bekannt, bei denen die Heizleistung in weiten Grenzen und mit graduellen Abstufungen bspw. im Bereich von 0.5, 1 oder 2 °C einstellbar ist. Die im wesentlichen stufenlosen Heizleistungswerte dieser Geräte werden in der Regel mittels eines oder mehrerer Heizelemente elektronisch durch Beeinflussung der Heizspannung erzeugt. Für Geräte mit im wesentlichen graduell einstellbarer Heizleistung ist daher eine aufwendige Elektronik erforderlich. Weiterhin kann bei Durchlauferhitzern dieser Art eine Messung der Einlauftemperatur und/oder der Auslauftemperatur des Wassers und Konstanthaltung der Auslauftemperatur auf der gewünschten Temperatur durch Regelung der Heizleistung erfolgen, was mit weiterem Aufwand verbunden ist.Different types of instantaneous water heaters are known in which the heating output is broad Limits and adjustable with gradual gradations, for example in the range of 0.5, 1 or 2 ° C is. The essentially infinitely variable heat output values of these devices are given in usually electronically by influencing one or more heating elements of the heating voltage. For devices with essentially gradually adjustable heating output elaborate electronics are therefore required. Furthermore, with instantaneous water heaters this type of measurement of the inlet temperature and / or the outlet temperature the water and keeping the outlet temperature constant at the desired one Temperature take place by regulating the heating power, which is associated with further effort is.
Es sind Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die mittels einer entsprechenden Meßeinrichtung bestimmte Wasserdurchflußmenge in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Die Einschaltung der Schalteinrichtungen erfolgt, wenn die Gleichspannung einen voreingestellten Schwellwert überschreitet. Da die Höhe der Gleichspannung jedoch auch von Störgrößen, beispielsweise der Umgebungstemperatur beeinflußt wird, leidet hierunter die Genauigkeit der Schaltung beispielsweise in Bezug auf die Schaltpunkte.There are known instantaneous heaters of the type mentioned, in which the means a corresponding measuring device determined water flow rate in a DC voltage is converted. The switching devices are switched on when the DC voltage exceeds a preset threshold. Because the height the DC voltage, however, also from disturbance variables, for example the ambient temperature is affected, the accuracy of the circuit suffers, for example in terms of switching points.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art bereitzustellen, der einen geringen Herstellungsaufwand aufweist, zuverlässig und/oder kostengünstig im Betrieb ist.The object of the invention is a water heater of the type mentioned Provide type that has a low manufacturing cost, reliable and / or is inexpensive to operate.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, daß die Schalteinrichtung in Abhängigkeit der Durchflußmenge digital-elektronisch gesteuert wird.For this purpose, the invention provides that the switching device is dependent the flow rate is controlled digitally-electronically.
Zunächst seien einige der verwendeten Begriffe erläutert. Diskrete Heizleistungswerte sind solche, die sich nicht nur graduell unterscheiden, sondern bspw. um mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 %. Eine andere Möglichkeit der Definition besteht darin, daß unterschiedliche diskrete Heizleistungen einen nicht nur graduellen Unterschied der Wassererwärmung bewirken. Am Einschaltpunkt beträgt der Unterschied in der Auslauftemperatur zwischen zwei beliebigen diskreten Heizleistungen daher vorzugsweise mindestens 5 °C, weiter vorzugsweise mindestens 10 °C. Damit ist der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer von den bekannten Geräten mit stufenlos verstellbarer Heizleistung abgegrenzt.First, some of the terms used are explained. Discrete heating output values are those that not only differ gradually, but for example by at least 5%, preferably at least 10%. Another way of definition is in the fact that different discrete heating outputs are not only gradual differences cause water heating. At the switch-on point, the difference is in the outlet temperature between any two discrete heating outputs is therefore preferred at least 5 ° C, more preferably at least 10 ° C. This is the invention Instantaneous water heater from the known devices with infinitely adjustable Delimited heating output.
Digital-elektronisch bedeutet mittels einer im wesentlichen digitalen Schaltung. Im wesentlichen bedeutet, daß mindestens die Durchflußmengen-Meßwertverarbeitung mittels digitaler Elektronik erfolgt. Auf diese Weise wird im Vergleich zu analoger Elektronik vermieden, daß beispielsweise ein Temperatureinfluß sich negativ auf die Genauigkeit der Schaltung auswirkt. Vorzugsweise ist die gesamte Schaltung digital-elektronisch. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß ein erfindungsgemäßer Durchlauflauferhitzer neben der digitalen auch analoge Elektronik aufweist.Digital-electronic means by means of an essentially digital circuit. Essentially means that at least the flow rate measurement processing by means of digital electronics. This way compared to analog electronics avoided that, for example, a temperature influence negatively affects the accuracy the circuit affects. The entire circuit is preferably digital-electronic. It However, it is not excluded that a water heater according to the invention in addition which also has digital and analog electronics.
Der Stromkreis für die Heizeinrichtung ist derjenige Stromkreis, der die Heizeinrichtung mit einer Primärspannungsquelle, bspw. dem Wechselstromnetz, verbindet, die zur Erzeugung der Heizleistung dient. Jeder der unterschiedlichen diskreten Heizleistungen ist ein entsprechender diskreter Schaltzustand der Schalteinrichtung zugeordnet. Diskret steht im Gegensatz zu stufenlos, also im Gegensatz bspw. zu einem Dimmer. Von der Durchflußmenge abhängige Schaltzustände bedeutet, daß ein Übergang zwischen zwei Schaltzuständen in Abhängigkeit der aktuellen Wasserdurchflußmenge stattfindet. Durchflußmenge wird im folgenden abkürzend für Durchflußmenge pro Zeiteinheit (l/min) verwendet. Häufig gibt es lediglich zwei von der Durchflußmenge abhängige Schaltzustände entsprechend ein- und ausgeschalteter Heizeinrichtung. Dann wird die Heizung bei einem bestimmten Schaltpunkt, der einer vorbestimmten Durchflußmenge entspricht, eingeschaltet. Es kann auch von der Durchflußmenge unabhängige Schaltvorgänge geben. Bspw. kann vorgesehen sein, daß ein Bediener durch ein entsprechendes Bedienelement manuell zwischen den Betriebszuständen Aus, Heizleistung I und Heizleistung II wählen kann. Es gibt dann insgesamt drei Schaltzustände, aber ggf. nur zwei von der Durchflußmenge anhängige Schaltzustände entsprechend ein- oder ausgeschaltetem vorausgewähltem Heizelement.The circuit for the heater is the circuit that holds the heater with a primary voltage source, for example the AC network, which connects to Generation of heating power is used. Each of the different discrete heating outputs a corresponding discrete switching state is assigned to the switching device. discreet stands in contrast to stepless, i.e. in contrast to a dimmer. Of the Flow dependent switching states means that a transition between two Switching states depending on the current water flow rate takes place. Flow rate is abbreviated below for flow rate per unit of time (l / min) used. Often there are only two, depending on the flow rate Switching states corresponding to the heating device switched on and off. Then the Heating at a certain switching point that a predetermined flow rate corresponds, switched on. There can also be switching operations independent of the flow rate give. For example. can be provided that an operator by a corresponding Control element manually between the operating states Off, heating output I and Heating power II can choose. There are a total of three switching states, but only if necessary two switching states dependent on the flow rate, respectively switched on or off preselected heating element.
Aufgrund der erfindungsgemäßen digital-elektronischen Steuerung der Schalteinrichtung kann auf mechanische Schaltelemente und entsprechende Abdichtungen ganz verzichtet werden. Die Verwendung einer digital-elektronischen Steuerung in einem Durchlauferhitzer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wurde bisher nicht in Betracht gezogen, da der damit verbundene Aufwand als zu hoch galt. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß dies nicht zwingend der Fall ist und der Herstellungsaufwand nur geringfügig höher sein kann als bei hydraulisch geschalteten Geräten. Insbesondere ist eine aufwendige Mikroprozessorsteuerung nicht unbedingt erforderlich. Ein weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß sich mit elektronisch geschalteten Elementen, bspw. Relais, unproblematisch Anforderungen nach höheren Stromstärken erfüllen lassen im Vergleich zu mechanischen Schaltern, die in der Regel auf maximale Stromstärken von bspw. 25 A beschränkt sind, beziehungsweise einen hohen mechanischen Aufwand mit sich bringen. Weiterhin kann auf eine Temperaturmessung und/oder Regelung und auf den damit verbundenen Aufwand erfindungsgemäß verzichtet werden.Due to the digital-electronic control of the switching device according to the invention can do without mechanical switching elements and corresponding seals become. The use of a digital-electronic control in one Instantaneous water heaters according to the preamble of claim 1 have so far not been considered drawn because the effort involved was considered too high. The invention is based on the surprising realization that this is not necessarily the case and that Manufacturing costs can only be slightly higher than with hydraulically switched Devices. In particular, complex microprocessor control is not essential required. Another advantage of the invention is that with electronic switched elements, for example relays, unproblematic requirements for higher Amperages can be compared to mechanical switches that usually meet are limited to maximum currents of, for example, 25 A, or one involve high mechanical effort. You can also take a temperature measurement and / or regulation and the associated effort according to the invention to be dispensed with.
Jeder mögliche Heizleistungswert wird in der Regel durch ein separates Heizelement oder durch Parallelschaltung separater Heizelemente erzeugt. Ein Heizelement ist bspw. eine einzelne Heizwendel. Wenn bspw. zwei oder drei verschiedene Heizleistungen erzeugbar sein sollen, so sind hierfür zwei Heizwendel vorgesehen, die einzeln oder in Kombination betrieben werden können. Die Anzahl der unterschiedlichen erzeugbaren, von Null verschiedenen Heizleistungswerte beträgt in der Regel höchstens vier, vorzugsweise höchstens zwei, weiter vorzugsweise genau eins, damit die Anzahl der notwendigen Heizelemente gering gehalten werden kann. Die Anzahl der von der Durchflußmenge abhängigen Schaltzustände beträgt dementsprechend höchstens fünf, vorzugsweise höchstens drei, weiter vorzugsweise genau zwei.Each possible heating output value is usually a separate heating element or generated by connecting separate heating elements in parallel. A heating element is, for example. a single heating coil. If, for example, two or three different heating outputs To be able to be generated, two heating coils are provided for this purpose, individually or in Combination can be operated. The number of different producible, heating power values other than zero are generally at most four, preferably at most two, more preferably exactly one, so that the number of necessary Heating elements can be kept low. The number of the flow rate dependent switching states is accordingly at most five, preferably at most three, more preferably exactly two.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schalteinrichtung aus zwei Relais, die jeweils in einer der beiden Zuleitungen der Heizeinrichtung angeordnet sind, damit im ausgeschalteten Zustand eine vollständige Netztrennung erreicht wird. Zur Einschaltung der Relais wird an diese jeweils eine bestimmte Einschaltspannung angelegt, diese also parallel zwischen die Einschaltspannung und Masse geschaltet. Nach einer Weiterbildung eines Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Relais nach dem Einschalten in Serie miteinander geschaltet werden, so daß beide noch etwa mit der halben Einschaltspannung versorgt werden; dies reicht jedoch aus, um die einmal eingeschalteten Relais eingeschaltet zu halten. Auf diese Weise wird der Stromverbrauch reduziert und die Temperaturentwicklung in den Relais reduziert. Man kann sich zusätzlich die Eigenschaft eines zur Erzeugung der Einschaltspannung vorgesehenen Transformators zunutze machen, daß die Sekundärspannung bei geringerem Stromfluß ansteigt, so daß in diesem Fall die Relais nicht nur mit der halben, sondern etwa 60 % der Einschaltspannung eingeschaltet gehalten werden können. Vorzugsweise erfolgt die Umschaltung der beiden Relais in Serie selbsttätig nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, bspw. etwa 100 ms. Die Verwendung eines Zeitglieds stellt eine besonders einfache Möglichkeit der automatischen Erzeugung eines Ansteuersignals für die Umschaltung dar. Eine aufwendige Ansteuerung über ein bspw. in einem Mikroprozessor per Software erzeugtes Signal wird dadurch vermieden.In a preferred embodiment, the switching device consists of two relays, which are each arranged in one of the two feed lines of the heating device, so complete disconnection from the mains is achieved when the device is switched off. For switching on the relay is connected to a certain switch-on voltage, this is connected in parallel between the switch-on voltage and ground. After a Further development of an aspect of the invention provides that the two relays after switched on in series with each other, so that both still with the half the switch-on voltage are supplied; however, this is enough to turn on the once Keep relay on. This way the electricity consumption reduced and the temperature development in the relays reduced. You can get additional the property of one provided for generating the switch-on voltage Take advantage of the transformer that the secondary voltage with lower current flow increases, so that in this case the relays not only with half, but about 60% the switch-on voltage can be kept switched on. This is preferably done Switching of the two relays in series automatically after a predetermined one Time span, for example about 100 ms. The use of a timer represents a special one simple possibility of automatically generating a control signal for the switchover A complex control via, for example, in a microprocessor This avoids a signal generated by software.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Erzeugung von Hysterese in Bezug auf das Ein- und Ausschalten der Schalteinrichtung. Da die Durchflußmenge aufgrund von Druckschwankungen schwanken kann, könnte es, wenn der Ein- und Ausschaltpunkt zusammenfielen, bei einer im Bereich dieses Schaltpunktes liegenden Durchflußmenge zu ständigem Ein- und Ausschalten kommen, was nachteilig im Hinblick auf Verschleiß und Komfort ist. Bei den üblichen hydraulisch gesteuerten Geräten wird Hysterese, das heißt ein im Vergleich zum Einschaltpunkt niedrigerer Ausschaltpunkt der Schalteinrichtung, durch die Ausbildung des Stößels in dem Druckschalter erzeugt, indem man sich bspw. den Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung zunutze macht. Im vorliegenden Fall einer elektronisch gesteuerten Schalteinrichtung kann ein Oszillator zur Erzeugung eines Referenztakts für die Zählung der von einem Impulsgeber in Abhängigkeit der Durchflußgeschwindigkeit erzeugten Impulse vorgesehen sein. Nach dem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird nach dem Einschalten der Heizeinrichtung die Frequenz des Oszillators abgesenkt oder erhöht, so daß das Ausschaltsignal bei einer niedrigeren Durchflußgeschwindigkeit im Vergleich zum Einschaltsignal ausgelöst wird. Dies stellt eine besonders einfache Realisierung von Hysterese insbesondere unter Vermeidung einer aufwendigen Mikroprozessorsteuerung dar. Die relative Frequenzänderung liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 %, weiter vorzugsweise 10 bis 20 %.Another aspect of the present invention relates to the generation of hysteresis in Regarding switching the switching device on and off. Because the flow rate could fluctuate due to pressure fluctuations, it could be when the on and off point coincided with one lying in the area of this switching point Flow rate come to constant on and off, which is disadvantageous in view on wear and comfort. With the usual hydraulically controlled devices becomes hysteresis, i.e. a lower switch-off point compared to the switch-on point the switching device, by the formation of the plunger in the pressure switch generated by taking advantage of the difference between static and sliding friction, for example makes. In the present case, an electronically controlled switching device can an oscillator for generating a reference clock for the counting of a pulse generator provided pulses generated depending on the flow rate his. According to the advantageous aspect of the invention, the Heating device lowered or increased the frequency of the oscillator, so that the switch-off signal at a lower flow rate compared to the switch-on signal is triggered. This represents a particularly simple realization of hysteresis in particular while avoiding complex microprocessor control. The relative frequency change is preferably in the range of 5 to 30%, more preferably 10 to 20 %.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der folgenden beispielhaften Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor. Es zeigen:
- Fig. 1:
- ein Schaltungsdiagramm des Stromkreises für die Heizeinrichtung;
- Fig. 2:
- ein Schaltungsdiagramm für die Schalteinrichtung;
- Fig. 3:
- ein Schaltungsdiagramm der Schaltung für die Erzeugung des Steuersignals für die Schalteinrichtung;
- Fig. 4:
- ein Schaltungsdiagramm des Oszillators; und
- Fig. 5:
- ein Schaltungsdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Stromkreises für die Heizeinrichtung.
- Fig. 1:
- a circuit diagram of the circuit for the heater;
- Fig. 2:
- a circuit diagram for the switching device;
- Fig. 3:
- a circuit diagram of the circuit for generating the control signal for the switching device;
- Fig. 4:
- a circuit diagram of the oscillator; and
- Fig. 5:
- a circuit diagram of an alternative embodiment of the circuit for the heater.
Die Heizeinrichtung wird im Beispiel der Fig. 1 von der Heizwendel 10 gebildet. Diese
wird aus dem Wechselstromnetz 11 gespeist. In den beiden entsprechenden Leitungen
12 und 13 ist jeweils ein Schalter 14 bzw. 15 angeordnet, um im ausgeschalteten Zustand
eine vollständige Netztrennung zu bewirken. Für die Funktion der Schalteinrichtung
reicht auch die Verwendung eines einzelnen Schalters 14 oder 15 aus. Wenn beide
Schalter 14, 15 geschlossen sind, fließt Wechselstrom durch die Heizwendel 10, um
durch die Wasserleitung 16 fließendes Wasser zu erwärmen. Die Schalter 14, 15 sind jeweils
als Relais 17, 18 ausgebildet. Die Schalter 14, 15 bzw. die Relais 17, 18 bilden im
Beispiel der Fig. 1 die Schalteinrichtung.The heating device is formed by the
Die Schalter 14, 15 werden geschlossen, wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Steuerspannung
an den Relais 17, 18 anliegt. Im ausgeschalteten Zustand sind die Schalter 20, 21,
22 geöffnet und, da keine Steuerspannung an den Relais 17, 18 anliegt, die Schalter 14,
15 geöffnet. Wenn an dem Signaleingang 23 das Signal "Relais Ein" anliegt, so werden
die Schalter 20 und 21 unmittelbar geschlossen beziehungsweise eingeschaltet. Die ΔU-Erkennung
24, die beispielsweise im wesentlichen von einer Zenerdiode gebildet werden
kann, detektiert an ihrem Eingang 25 aufgrund des geschlossenen Schalters 20 null
Volt und schließt daher den Schalter 22. In diesem Zustand unmittelbar nach dem Einschalten
liegt die Steuerspannung +Ub jeweils an den Relais 17, 18 an, d.h. die Relais
17, 18 sind parallel an die Steuerspannung +Ub angeschlossen. Dies veranlaßt die
Schließung der Schalter 14, 15, so daß der Heizstrom fließt. Die Serienschaltung der
Relais 17, 18 ist auf mehr als zwei Relais verallgemeinerbar.The
Nach Ablauf der durch das Zeitglied 26 definierten Zeit im Bereich von 20 bis 500
msec, vorzugsweise 50 bis 200 msec, beispielsweise etwa 100 msec wird der Schalter
20 durch das Zeitglied 26 geöffnet. Das Potential am Eingang 25 der ΔU-Erkennung 24
beträgt aufgrund der Trägheit des Relais 17 +Ub, was die ΔU-Erkennung 24 veranlaßt,
den Schalter 22 zu öffnen. Der Strom fließt nunmehr durch die über die Verbindungsleitung
27 in Serie geschalteten Relais 17, 18 und den geschlossenen Schalter 21. An
den Relais 17, 18 fällt jeweils die Spannung von etwa 0.5 Ub ab, dies reicht jedoch aus,
um die einmal eingeschalteten Relais im eingeschalteten Zustand zu halten. Aufgrund
der Trägheit der Relais 17, 18 bleiben diese während der Umschaltung von Parallel- zu
Reihenschaltung ständig geschlossen. Da infolge der Serienschaltung nur noch etwa der
halbe Strom durch die Relais 17, 18 im Vergleich zur Parallelschaltung fließt, führt dies
zu einer Stromersparnis und zu einer geringeren Temperaturentwicklung in den Relais
17, 18. Aufgrund des geringeren Stromflusses steigt die mittels eines Transformators
erzeugte Steuerspannung aufgrund einer Transformatoreigenschaft bspw. auf etwa 1.2
Ub an, so daß an jedem Relais 17, 18 sogar 0.6 Ub anliegen, was die Sicherheit erhöht,
daß die Relais 17, 18 im eingeschalteten Zustand gehalten werden. Die Diode 28 dient
zur Vermeidung eines Kurzschlusses im parallel geschalteten Zustand der Relais 17, 18.After the time defined by the
Die Erzeugung des Signals "Relais Ein" erfolgt mittels der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.
Der Impulsgeber 30 erzeugt bei durch die Leitung 16 fließendem Wasser Spannungspulse,
deren Frequenz proportional zur Durchflußgeschwindigkeit des Wassers
durch die Leitung 16 ist. Dies kann beispielsweise mittels einer Turbine 31 induktiv und
damit berührungslos erfolgen. Dies hat nebenbei bemerkt den Vorteil, daß eine Luftblasenerkennung
vorgesehen sein kann, was bei herkömmlichen Druckschaltern nicht ohne
weiteres möglich ist. Eine Abdichtung des Impulsgebers 30 gegenüber der Leitung 16
ist somit überflüssig. Die vom Impulsgeber 30 erzeugten Pulse werden zu dem Reset-Eingang
32 des Zählers 33 geleitet. Der Zähler 33 inkrementiert einen Zählwert mit
einer vom Oszillator 34 definierten Zählfrequenz. Beim Überschreiten einer festgelegten
Schwelle wird der Timeout-Ausgang 35 des Zählers 33 eingeschaltet und dieses
Timeout-Signal in dem Speicher 36 gespeichert. Wenn an dem Steuereingang 37 des
Speichers 36 ein Puls eintrifft, wird ein Wert, der zu dem im Speicher 36 gespeicherten
Wert invers ist, als Relais-Seuersignal auf die Signalleitung 23 zur Steuerung der
Schalter 20, 21 ausgegeben.The "relay on" signal is generated by means of the circuit shown in FIG. 3.
The
Zunächst sei der Fall betrachtet, bei dem Wasser mit einer Geschwindigkeit oberhalb
der Einschaltschwelle fließt. In diesem Fall erzeugt der Impulsgeber 30 Spannungspulse
mit hoher Frequenz und kurzem Zeitabstand. Zu einer bestimmten Zeit wird ein erster
Puls an den Reset-Eingang 32 des Zählers 33 geleitet. Aufgrund des Resets schaltet der
Zähler 33 den Timeout-Ausgang 35 aus, im Speicher 36 wird der Aus-Wert gepeichert.
Unmittelbar nach dem Reset wird der Zählwert des Zählers 33 auf Null gesetzt und der
Zähler 33 beginnt die Inkrementierung des Zählwerts mit der durch den Oszillator 34
vorgegebenen Taktfrequenz. Nach kurzer Zeit erzeugt der Geber 30 den nachfolgenden
zweiten Puls, der auf den Reset-Eingang 32 des Zählers 33 gegeben wird, so daß der
Zähler 33 den Zählwert wieder auf Null setzt. Zum Zeitpunkt des Nullsetzens des Zählwerts
liegt dieser aufgrund der kurzen Zeitspanne zwischen den beiden Pulsen noch
unterhalb der im Zähler 33 festgelegten Zählerschwelle, so daß kein Überlauf des Zählers
33 erfolgt und der Timeout-Ausgang 35 des Zählers 33 daher ausgeschaltet bleibt.
Der Timeout-Ausgang 35 des Zählers 33 bleibt also bei ausreichend hoher Frequenz der
vom Impulsgeber 30 erzeugten Pulse ständig ausgeschaltet.First consider the case where water is at a speed above
the switch-on threshold flows. In this case, the pulse generator generates 30 voltage pulses
with high frequency and short time interval. At a certain time there will be a first
Pulse passed to the
Die vom Impulsgeber 30 erzeugten Spannungspulse werden über die Leitung 38 vom
Impulsgeber 30 über ein Verzögerungsglied 39 an den Steuereingang 37 des Speichers
36 geleitet. In dem obigen Beispiel löst beispielsweise der zweite Puls nach einer durch
das Verzögerungsglied 39 festgelegten Zeitspanne die Ansteuerung des Speichers 36
aus. Infolge der Ansteuerung gibt der Speicher 36 ein zum gespeicherten Aus-Signal
inverses Signal, also ein Ein-Signal, auf die Signalleitung 23 aus. Das Relais-Ein-Signal
führt, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert, zur Einschaltung der Heizeinrichtung.The voltage pulses generated by the
Gleichzeitig wird das Relais-Ein-Signal über die Leitung 40 an den Oszillator 34 gegeben,
was eine Absenkung der Oszillationsfrequenz in dem Oszillator 34 verursacht.
Aufgrund dessen wird die Zählfrequenz des Zählers 33 abgesenkt, so daß die im Zähler
33 festgelegte Zählschwelle auch bei vergleichsweise größeren Pulsabständen, das heißt
geringerer Durchflußmenge nicht überschritten wird und die Relais 17, 18 daher auch
bei einer Durchflußmenge, welche unter dem Einschaltwert liegt, eingeschaltet bleiben
und erst bei einem unter diesem Einschaltwert liegenden Ausschaltwert der Durchflußmenge
ausgeschaltet werden. Auf diese Weise wird die gewünschte Hysterese zwischen
Einschalt- und Ausschaltvorgang erreicht.At the same time, the relay on signal is sent to the
Als nächstes sei der Fall betrachtet, bei dem die Durchflußmenge in der Leitung 16 von
ausreichend hoher Durchflußmenge auf Null abgesenkt wird. Der letzte vom Impulsgeber
30 erzeugte Puls löst den Reset des Zählers 33 aus; der Timeout-Ausgang 35 des
Zählers wird ausgeschaltet. Der Zähler 33 setzt seinen Zählwert auf Null und beginnt
mit der Inkrementierung des Zählwerts. Da der Impulsgeber 30 keinen weiteren Impuls
erzeugt, überschreitet der Zählwert irgendwann die im Zähler 33 festgesetzte Schwelle.
Der Überlauf veranlaßt den Zähler 33, den Timeout-Ausgang 35 des Zählers 33 einzuschalten.
Das Timeout-Signal wird an den Speicher 36 gelegt und gleichzeitig über die
Leitung 42 an das Zeitglied 39. Nach Ablauf der im Zeitglied 39 definierten Zeit übernimmt
der Speicher 36 das Timeout-Signal an seinen invertierten Ausgang und schaltet
über die Leitung 23 die Relais 17 und 18 aus. Weiterhin wird das Timeout-Signal über
die Leitung 41 an den Oszillator 34 geleitet, um diesen zu deaktivieren und den Zählvorgang
damit zu unterbrechen. Der Zählvorgang wird erst wieder durch den nächsten
Reset des Zählers 33 durch einen vom Impulsgeber 30 erzeugten Impuls gestartet. Anstelle
der Inkrementierung des Zählerwerts im Zähler 33 kann in einer anderen Ausführungsform
auch eine Dekrementierung erfolgen. Anstelle des Absenkens der Oszillationsfrequenz
des Oszillators 34 kann in einer anderen Ausführungsform auch eine Anhebung
derselben erfolgen.Next consider the case where the flow rate in
Wenn ein Relais-Aus-Signal bereits kurz nach einem Relais-Ein-Signal erfolgt, insbesondere
innerhalb der durch das Zeitglied 26 definierten Zeitspanne, so bleibt zwar der
Schalter 20 geschlossen, jedoch wird der Schalter 21 unmittelbar geöffnet, so daß kein
Strom durch die Heizwendel 10 fließt und diese somit vor möglicher Beschädigung
bspw. infolge eines Störsignals bei belüfteter Leitung 16 geschützt ist.If a relay off signal occurs shortly after a relay on signal, especially
within the period of time defined by the
Im folgenden sei die Situation betrachtet, daß die Durchflußmenge in der Leitung 16
von Null auf einen Wert unterhalb des Einschaltwertes geändert wird oder auf einen
Wert unterhalb des Ausschaltpunkts abgesenkt wird. In diesem Fall löst ein vom Impulsgeber
30 erzeugter erster Puls einen Reset des Zählers 33 aus. Der Timeout-Ausgang
35 wird ausgeschaltet. Der Zähler 33 setzt den Zählwert auf Null und beginnt
mit der Inkrementierung des Zählwerts. Bevor der nachfolgende zweite Puls einen erneuten
Reset des Zählers 33 auslöst, wird der im Zähler 33 festgelegte Schwellenwert
überschritten, so daß der Timeout-Ausgang 35 eingeschaltet wird. Der Wert wird im
Speicher 36 gespeichert. Das Timeout-Ein-Signal wird über die Leitung 42 dem Verzögerungsglied
39 zugeführt und dort um eine geringe Zeitspanne verzögert und mit dieser
Verzögerung dem Steuereingang 37 des Speichers 36 zugeführt. Dieses Steuersignal
veranlaßt den Speicher 36, das Relais-Aus-Signal auf die Signalleitung 23 auszugeben,
um die Relais 17, 18 auszuschalten beziehungsweise ausgeschaltet zu lassen. Da es in
diesem Wertebereich der Durchflußmenge zu einer ständigen Änderung des Timeout-Ausgangs
35 des Zählers 33 kommt, ist es vorteilhaft, den Wert des Ausgangs 35 in
dem Speicher 36 zwischenzuspeichern und den Speicher 36 nur bei der Einschaltung
des Timeout-Ausgangs 35 über die Leitung 42 und das Verzögerungsglied 39 auszulösen,
da ohne den Speicher 36 ein ständiges, verschleißförderndes Schalten der Relais
17, 18 erfolgen würde. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds ist zweckmäßigerweise
wesentlich geringer, vorzugsweise 0.1 oder weniger, als der Abstand zweier
Pulse im Bereich der Ein- oder Ausschaltschwelle.Let us consider the situation below that the flow rate in
Bei der in Fig. 4 gezeigten Oszillatorschaltung wird die Oszillationsfrequenz bei ausgeschalteten
Relais 17, 18 von dem Kondensator 50 bestimmt. Die Oszillationsfrequenz
ist vorzugsweise einstellbar. Wenn die Relais 17, 18 eingeschaltet werden, veranlaßt das
Relais-Ein-Signal über die Leitung 40 die Schließung des Schalters 51 und damit zur
Parallelschaltung einer Kapazität, nämlich eines oder beider Kondensatoren 52, 53 zum
Kondensator 50. Dies führt zu einer Absenkung der Oszillationsfrequenz des Oszillators
34. Zur Erfüllung dieser Funktion reicht einer der beiden Kondensatoren 52, 53 aus.
Vorzugsweise sind zwei Kondensatoren 52, 53 parallel geschaltet. Durch Auswahl eines
oder beider Kondensatoren können dann unterschiedliche Werte der Frequenzabsenkung
bspw. im bevorzugten Bereich von 10 - 20 % realisiert werden. Vorzugsweise
sind entsprechende Brücken 54, 55 für jeden Kondensator 52, 53 vorgesehen. Eine der
beiden Brücken kann bspw. im Werk oder auf der Einbaustelle entfernt werden, um den
gewünschten Wert für den Unterschied zwischen Ein- und Ausschaltpunkt festzulegen.
Auf diese Weise kann mit einer Schaltung ein breites Gerätespektrum realisiert werden.
In einer anderen Ausführungsform kann auch eine kontinuierliche Verstellbarkeit der
Kapazität bzw. allgemeiner der Oszillationsfrequenz realisiert werden. In einer weiteren,
nicht gezeigten Ausführungsform kann zur Änderung der Oszillationsfrequenz ein
Widerstand in dem Oszillatorkreislauf geändert werden.In the oscillator circuit shown in Fig. 4, the oscillation frequency is turned off
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Heizeinrichtung zwei Heizwendel
10, 60 entsprechend zwei Heizstufen. Die Umschaltung zwischen den beiden
Heizwendeln 10, 60 erfolgt mittels Schaltern 61, 62, die vorzugsweise als Relais ausgebildet
sind. Die Schaltung der Schalter 61, 62 kann bspw. ebenfalls in Abhängigkeit der
Durchflußmenge durch die Leitung 16 erfolgen. Bei einem ersten Einschaltpunkt werden
bspw. die Schalter 14, 15 geschlossen, Strom fließt durch das Heizelement 10. Bei
einem zweiten Einschaltpunkt entsprechend höherer Durchflußmenge werden zusätzlich
die Schalter 61, 62 umgeschaltet, Strom fließt durch das Heizelement 60, welches eine
höhere Heizleistung aufweist als das Heizelement 10. Die Schaltung der Schalter 61, 62
kann in einer anderen Ausführungsform auch unabhängig von der Durchflußmenge erfolgen,
beispielsweise mittels eines nicht gezeigten Bedienelements von außen durch
den Benutzer. Dieser kann dann zwei unterschiedliche Heizleistungen und damit Wassertemperaturen
auswählen. In diesem Beispiel werden dann nur die Schalter 14, 15 in
Abhängigkeit der Durchflußmenge geschaltet. In einer anderen Ausführungsform kann
wahlweise die Zuschaltung eines zweiten Heizwendels zu einem ersten Heizwendel
erfolgen. Die Zuschaltung kann entweder vom Wasserdurchfluß abhängig gemacht
werden, oder durch eine Bedienelement gewählt werden.In the embodiment shown in FIG. 5, the heating device comprises two
Claims (17)
Applications Claiming Priority (2)
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EP1431681B1 EP1431681B1 (en) | 2007-09-12 |
Family
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